Ein Forscherteam unter der Leitung von Ho-Kwang Mao von der Carnegie Institution in den USA scheint ein Rätsel aufgedeckt zu haben, das Geologen seit langem beunruhigt. Die Autoren erklärten, aus welchem Mineral die Zonen langsamerer seismischer Wellen an der Kern-Mantel-Grenze bestehen, und reproduzierten den Entstehungsprozess im Labor. Wenn die Schlussfolgerungen der Wissenschaftler richtig sind, stellen sich solche Zonen als riesige Sauerstoffspeicherung heraus, die die Geschichte des Lebens auf der Erde beeinflussen kann. Ein wissenschaftlicher Artikel mit den Ergebnissen der Studie wurde am 22. November 2017 in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
Woher wissen wir, was unter unseren Füßen ist? Diese einfache Frage bereitet Geologen Kopfschmerzen. Die Reise zum Erdmittelpunkt existiert nur auf den Seiten von Science-Fiction-Büchern, aber tatsächlich überschreitet die Rekordbohrtiefe kaum 12 Kilometer.
Seismische Wellen kamen Wissenschaftlern zu Hilfe, die sich in Gesteinen unterschiedlicher Dichte unterschiedlich ausbreiteten und es ermöglichten, "Ultraschall" in die Tiefen unseres Planeten zu leiten. Die Informationen, die aus einem solchen Scan erhalten werden können, sind jedoch unvollständig. Oft werfen die erhaltenen Antworten nur neue Fragen auf. Eigentlich wie in jedem anderen Bereich der Wissenschaft.
In einer Tiefe von 2900 km befindet sich die Kern-Mantel-Grenze. Geologen haben lange Zeit Gebiete entdeckt, in denen sich seismische Wellen ungewöhnlich langsam bewegen. Sie wurden in englischen Ultra-Low-Speed-Zonen als Ultra-Low-Speed-Zonen bezeichnet, daher die Abkürzung UVZ. Aber was ist es? Welches mysteriöse Material verlangsamt die Schwingung der Erde so sehr?
Dieses Problem wurde lange Zeit von Wissenschaftlern diskutiert, und viele Hypothesen wurden bereits vorgeschlagen. Sie alle haben jedoch einen Nachteil: Es muss erklärt werden, wie die notwendige Substanz als Ganzes in einer solchen Tiefe gelandet ist.
Ho-Kwans Team scheint zwei Fliegen mit einer Klappe geschlagen zu haben. Die Forscher fanden direkt vor Ort ein geeignetes Mineral und einen einfachen Mechanismus für seine Bildung. Dieser Erfolg führte zwar zu der Frage, ob etwas in der Geschichte der Biosphäre der Erde überarbeitet werden muss.
Das Mineral, das den Autoren gefiel, ist Eisenperoxid FeO2Hx (die Anzahl der Wasserstoffatome kann unterschiedlich sein). Wenn sie über die Arbeit ihrer Vorgänger sprechen, sagen sie, dass sie unter den Bedingungen des unteren Mantels stabil sind.
Aber woher bekommen Sie es? Um diese Frage zu beantworten, haben Wissenschaftler einen kleinen Teil der höllischen Tiefen im Labor nachgebildet. Diamantgreifer komprimierten die Substanz und erzeugten einen Druck von 860.000 Atmosphären. Ein Laserstrahl, der transparente Diamantplatten durchdrang, erhitzte die Reagenzien auf 1900 Grad Celsius.
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Unter diesen Bedingungen wird, wie die Autoren feststellten, Eisenperoxid aus den einfachsten Komponenten gebildet: Eisen und Wasser. Es gibt so viel Eisen im Kern der Erde wie nötig - tatsächlich besteht es hauptsächlich aus diesem Metall. Und Wasser? Laut den Autoren sinken jährlich 300 Millionen Tonnen Wasser aufgrund der Bewegung tektonischer Platten in die Tiefe des Mantels. Nach ihren Berechnungen würde ein Zehntel des Wassers im Weltozean ausreichen, um die gesamte beobachtete UVZ zu erzeugen. Zum Vergleich: Schätzungen zufolge befindet sich im Erdinneren, einschließlich Kruste, Mantel und Kern, 90-mal mehr Wasser als an der Oberfläche.
Es stellt sich heraus, dass das notwendige Mineral an der Grenze zwischen Mantel und Kern aus Substanzen gebildet wird, die dort ausreichen. Aber ist das wirklich verantwortlich für das Bild, das auf Seismogrammen beobachtet wird?
Forscher haben dies ebenfalls getestet. Mithilfe von Experimenten und theoretischen Berechnungen stellten sie fest, dass die erforderlichen Eigenschaften (Schallgeschwindigkeit, Dichte usw.) eine Mischung aufweisen, in der 40-50% Eisenperoxid und der Rest in gewöhnlichen Gesteinen des unteren Mantels enthalten sind. Die Eigenschaften eines solchen Gemisches stimmen hervorragend mit den Beobachtungsdaten von UVZ überein. Es sieht so aus, als ob das Geheimnis der mysteriösen "Verlangsamungszonen" gelüftet wurde.
Diese Entdeckung wirft jedoch andere interessante Fragen auf. Wie in einer Pressemitteilung aus der Studie erläutert, stellen Eisenperoxidablagerungen ein riesiges Sauerstoffreservoir dar. Von Zeit zu Zeit kann Sauerstoff freigesetzt werden und an die Oberfläche gelangen. Die Auswirkungen solcher Ereignisse und ihr möglicher Zusammenhang mit dem Klimawandel, dem Massensterben und anderen großen Ereignissen müssen noch untersucht werden.
