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News: Feuchter Mantel

Tief in der Erde sind Forscher auf so viel Wasser gestoßen, dass sich damit alle Ozeane der Erde mehrfach füllen ließen. Es ist in den Mineralen des unteren Erdmantels gebunden und könnte dort großen Einfluss auf die Konvektionsströme und damit die Plattentektonik haben.
Erdmantel
In Meteoriten, den Überresten aus der Zeit der Planetenentstehung, ist bis heute überliefert, wieviel Wasser in der Urmaterie vorhanden war, aus der sich schließlich auch die Erde bildete. Die meisten Forscher gehen davon aus, dass rund zwei Gewichtsprozent der noch jungen Erde aus Wasser bestanden.

Sicher ist im Laufe der Erdgeschichte ein Großteil des ursprünglich vorhandenen Wassers in den Weltraum entwichen; immerhin ist ein anderer Teil - viel mehr als derzeit in allen Meeren gebunden ist - in den Gesteinen des Erdinneren gebunden. Jetzt scheint es, dass es in dem unteren Erdmantel viel mehr Wasser gibt als bislang angenommen.

Der untere Erdmantel reicht von 650 bis in 2900 Kilometer Tiefe, wo er an den äußeren Erdkern grenzt. Hier, wo extreme Drücke jenseits der 20 Gigapascal, also über 200 000 Kilogramm pro Quadratzentimeter, herrschen und Temperaturen von weit über 1000 Grad Celsius, bilden die Silikate und Oxide Minerale mit extrem dichten Kristallgittern. Wichtigste Bestandteile des unteren Erdmantels sind vermutlich die Perowskite - Eisen-Magnesium-Silikate - und Magnesiowüstite - Eisen-Magnesium-Oxide.

Nun klingt es zunächst wenig spektakulär, wenn Motohiko Murakami fom Tokyo Institute of Technology und seine Kollegen berichten, diese Minerale könnten bis zu 0,2 Prozent ihrer Masse an Wasser aufnehmen. Immerhin ist bekannt, dass die Gesteinsschichten oberhalb des unteren Mantels leicht das Zehnfache an Wasser binden. Aber der untere Mantel ist im Vergleich zu den darüber liegenden Gesteinen so viel mächtiger, dass die Forscher schließen, hier sei fünfmal soviel Wasser gespeichert wie in allen Ozeanen zusammengenommen.

Da die Perowskite und Magnesiowüstite des unteren Erdmantels niemals an die Erdoberfläche gelangen, stellten die Forscher diese Minerale künstlich her und ermittelten dabei deren Wasseraufnahmevermögen.

Dazu bedienten sich Murakami und seine Kollegen einer Diamant-Druckzelle, in der sie bei Temperaturen von über 1600 Grad Celsius einen Druck von 25,5 Gigapascal aufbauten. Nach gut einer Stunde waren die Zutaten - darunter auch 7,5 bis 13,5 Prozent Wasser - mineralisiert und die wasserhaltigen Perowskite und Magnesiowüstite entstanden. Die Wassergehalte bestimmten die Wissenschaftler schließlich mithilfe eines Massenspektrometers. Auch wenn sie die chemische Zusammensetzung in zahlreichen Experimenten variierten, immer nahmen die Minerale wenigstens 0,19 Gewichtsprozent an Wasser auf.

Für die Geowissenschaftler hat dies nachhaltige Konsequenzen, denn der Wassergehalt hat einen entscheidenden Einfluss auf die Schmelztemperatur eines Gesteins. Je höher er ist, um so niedriger ist der Schmelzpunkt. Im unteren Erdmantel, dem Maschinenraum der Erde, wo die gigantischen Konvektionsströme die Plattentektonik antreiben, könnte es also durchaus um einiges schneller zugehen.

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