Aufgeschmolzene Ozeankruste

Nach Erkenntnissen eines internationalen Forschungsteams muss im Erdinnern in unerwartet großer Tiefe von mehr als 400 km aufgeschmolzene Ozeankruste vorgelegen haben.

Bayreuth – In unerwartet großer Tiefe von mehr als 400 km muss nach Erkenntnissen eines internationalen Forschungsteams aufgeschmolzene Ozeankruste vorgelegen haben. Ein Wissenschaftlerteam, darunter auch zwei Forscher des Bayerischen Geoinstituts der Universität Bayreuth, berichten in Nature über Karbonat-reiche Magmen im tiefen Erdinneren. Zusammen mit Kollegen aus Großbritannien, den USA und Brasilien haben Shantanu Keshav and Gudmundur Gudfinnsson kleinste Mineraleinschlüsse in Diamanten aus Brasilien untersucht.

Die Erde besteht aus einem silikatischen Erdmantel (0 bis 2900 km) und einem Eisenkern (2900 bis 6300 km Tiefe). Diese zweischalige Struktur hat sich bereits in der Urphase der Erde vor 4,5 Milliarden Jahren entwickelt, als die Erde noch in einem glutflüssigen Zustand war. Seither kühlt die Erde stetig ab, sodass der Erdmantel nunmehr vollständig verfestigt ist.

Der Erdmantel ist jedoch kein starres Gebilde. Im Innern findet eine stetige langsame Zirkulation von Gesteinsmaterial statt, die an den so genannten Subduktionszonen zum Abtauchen von ozeanischer Kruste führt. Solche Erkenntnisse über den Aufbau und Vorgänge im Erdinneren gewinnen Wissenschaftler vornehmlich aus der Auswertung von Erdbebenwellen, durch Hochdruckexperimente im Labor (wie z. B. am Bayerischen Geoinstitut) sowie durch Untersuchung von vulkanischen Gesteinsschmelzen, die an der Erdoberfläche ausgetreten und erstarrt sind.

Diamanten finden sich in einem besonderen Typ vulkanischer Gesteine, den so genannten Kimberliten, die aus dem Erdmantel stammen und explosionsartig an die Erdoberfläche gefördert wurden. Diamanten enthalten häufig Mineraleinschlüsse, die Aufschluss über die Zusammensetzung und Bedingungen am Bildungsort im tiefen Erdmantel geben. Eine bedeutende Erkenntnis der letzten Jahre ist z. B., dass einige Diamanten aus sehr großer Tiefe stammen, nämlich aus der Übergangszone der Erde (400 bis 670 km) oder sogar aus dem unteren Erdmantel (> 670 km). Die Untersuchung von Mineraleinschlüssen in solchen Diamanten erlaubt einzigartige Einblicke in die Vorgänge und Zustände im tiefen Erdmantel.

Die Diamanten, über die jetzt in Nature berichtet wird, stammen aus Juina/Brasilien und sind über eine Milliarde Jahre alt. Die Spurenelementkonzentrationen in den Mineraleinschlüssen und Hochdruckexperimente am Bayerischen Geoinstitut belegen, dass sich die Diamanten und ihre Einschlüsse aus aufgeschmolzener, Kalkstein-haltiger Ozeankruste gebildet haben.

Die Kristallstrukturen der Einschlüsse (Perowskit und Majorit) zeigen an, dass die Aufschmelzung der Ozeankruste in mindestens 400 km Tiefe stattgefunden haben muss. In diesem Tiefenbereich hat man bislang keine Magmenbildung erwartet.

Zudem belegen die Ergebnisse, dass die Zusammensetzung des Erdmantels stärker variiert als bisher angenommen. Kohlenstoff-reiche Reservoirs können offenbar über Milliarden von Jahren im tiefen Erdmantel stabil bleiben und beeinflussen so auch den globalen Kohlenstoffkreislauf.

Quelle: Uni Bayreuth