In eisiger Hitze

News: In eisiger Hitze

Wenn sich im Bereich von Subduktionszonen ozeanische Kruste unter die kontinentale schiebt, gelangen auch große Mengen von Wasser in die Tiefe. Dort hat es entscheidenden Einfluss auf die Entstehung der verschiedenen Magmen, aus denen schließlich neuartige Gesteine werden. Wissenschaftler zweifeln allerdings, dass das Wasser in flüssiger Form abtaucht. Sie glauben vielmehr, dass sich unter diesen Druck- und Temperaturbedingungen Eis bildet. Eis, das schwerer ist als Wasser.

Das Antlitz der Erde verändert sich ständig. Wenngleich sich die Wanderungen der Kontinente über die Erdoberfläche auch so langsam vollziehen, dass wir Menschen sie nur mit aufwändigen Instrumenten verfolgen können, so äußern sie sich dennoch in den spektakulären Vulkanausbrüchen und Erdbeben in den tektonisch aktiven Zonen. Dabei spielt Wasser einer wesentliche Rolle. Wasser, das in den Sedimenten der Meere gebunden ist und bei der Subduktion, also dem Abtauchen ozeanischer Kruste unter die Landmassen, in große Tiefen gelangt. Dort nimmt es an komplexen chemischen Prozessen teil und hat großen Einfluss auf die Entstehung unterschiedlicher Gesteine.

Bisher zweifelte niemand an diesem Modell, auch Craig Bina vom Department of Geological Sciences der Northwestern University und Alexandra Navrotsky vom Department of Chemical Engineering and Materials Science der University of California in Davis nicht. Sie stellten nun aber erstmals die These auf, dass das Wasser nicht in flüssiger, sondern in kristalliner Form in die Erdkruste abtaucht. Sie glauben, dass in Subduktionszonen physikalische Bedingungen herrschen, unter denen flüssiges Wasser zu dem so genannten Eis VII erstarrt (Nature vom 14. Dezember 2000). Diese Form des Wassereises ist durch eine besonders dichte Kristallstruktur gekennzeichnet und entsteht bei Drücken von einigen Gigapascal. Sie ist unter Umständen selbst bei Temperaturen über 100 Grad Celsius stabil. Solche Bedingungen herrschen auf der Erde in rund 70 Kilometern Tiefe, also in den oberen Bereichen des Erdmantels. Im Eis VII sind die Sauerstoff- und Wasserstoffatome derart komprimiert, dass seine Dichte auf 1,3 ansteigt. Eis VII würde also nicht mehr auf Wasser schwimmen.

Ab einer bestimmten Tiefe schmilzt auch diese Form des Wassereises und Bina und Navrotsky nehmen an, dass die Suche danach vor allem in relativ kühlen Subduktionszonen wie dem Tonga-Inselbogen erfolgverprechend ist. Sie vermuten auch, dass sich zunehmend anreicherndes Eis VII im Zuge der Abkühlung der Erde – oder des Mars? – einmal alle tektonischen Vorgänge zum Stillstand bringen könnte. Jedenfalls dürfte die Verteilung von flüssigem und kristallinen Wasser im Inneren der Planeten für die dynamischen Prozesse und Wärmebilanzen von entscheidender Bedeutung sein.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 4.12.2000
"Wasser gefriert zu Glas"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 21.10.1999
"Wie groß ist unser kosmischer Vorgarten?"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Brennpunkt-Thema vom 11.10.2000
"Gas hinter Gittern"
Spektrum der Wissenschaft 4/00, Seite 30
"Schmelzen unter dem Gefrierpunkt"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)
Spektrum der Wissenschaft 4/96, Seite 15
"Wasser, Eis und der Mpemba-Effekt"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)