Dynamik im Inneren der Erde
Emmy Noether-Nachwuchsgruppe untersucht mit Lasern Grundlagen von Erdbeben und Vulkanausbrüchen.
Von allen Naturereignissen, die oft katastrophale Folgen für die Menschen haben, lassen sich Erdbeben besonders schwer vorhersagen. Bis heute liegen die unterirdischen Prozesse, welche die Plattentektonik antreiben und dadurch Erdbeben oder Vulkanausbrüche auslösen, weitgehend im Dunkeln. Daher ist eine intensive geowissenschaftliche Grundlagenforschung erforderlich, damit solche Prozesse eines Tages umfassend verstanden werden können. Diesem Ziel dient auch ein Forschungsvorhaben am Bayerischen Geoinstitut (BGI) der Universität Bayreuth, das im April 2014 gestartet ist. Eine neue, von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Emmy Noether-Nachwuchsgruppe unter der Leitung von Hauke Marquardt befasst sich mit den Eigenschaften von Mineralen im Erdmantel, der unterhalb der Erdkruste in einer Tiefe von rund 40 km beginnt und sich bis in eine Tiefe von rund 2.900 km erstreckt.
Abb.: Perowskit, niobreiche Varietät; Fundort: Perovskite Hill, Magnet Cove, Hot Spring County, Arkansas, USA. (Bild: J. Ralph & I. Chau)
Hauke Marquardt ist erst vor kurzem vom Deutschen GeoForschungsZentrum in Potsdam an die Universität Bayreuth gekommen. Gemeinsam mit seiner Gruppe wird er untersuchen, wie Minerale im Erdmantel ihre Eigenschaften infolge äußerst hoher Drücke und Temperaturen verändern. „Elastische und strukturelle Eigenschaften von Geomaterialien unter extremen Bedingungen“ lautet das Thema der Nachwuchsgruppe, die in den kommenden fünf Jahren mit mehr als 1,5 Millionen Euro gefördert wird. Im Mai 2014 wird der erste Doktorand seine Arbeit in der Emmy Noether-Nachwuchsgruppe beginnen.
Die Mitglieder der Nachwuchsgruppe wollen eine Reihe ungewöhnlicher Minerale unter die Lupe nehmen, die in der Übergangszone des Erdmantels in einer Tiefe zwischen 410 bis 660 km lagern. Dabei interessieren sie sich insbesondere für die physikalischen Eigenschaften von Wadsleyit, Ringwoodit und Majorit. Zudem wollen sie herausfinden, wie sich die im unteren Erdmantel gelagerten Minerale Magnesium/Eisen-Perowskit und Ferroperiklas verhalten, wenn sie dort extrem hohen Drücken und Temperaturen ausgesetzt sind.
Bei diesen Untersuchungen in den Hochdrucklaboratorien des BGI kommt insbesondere Laser-Spektroskopie zum Einsatz. So wollen die Forscher soll klären, wie schnell sich Schallwellen in unterschiedlichen Mineralen ausbreiten. Deren Geschwindigkeit entspricht der Geschwindigkeit, mit der sich Erdbebenwellen in den Mineralen fortsetzen würden; wobei die Geschwindigkeit in beiden Fällen von der Ausbreitungsrichtung der Wellen abhängen kann. Ergänzende Röntgenbeugungsexperimente finden am Deutschen Elektronensynchrotron (DESY) in Hamburg statt. Einige der in Bayreuth geplanten Experimente haben Pilotcharakter: Sie richten sich auf die elastischen Eigenschaften von Calcium-Perowskit und post-Perowskit, eines Materials, das in einer Tiefe von etwa 2600 km aus Perowskit durch eine Phasentransformation entsteht.
U. Bayreuth / PH
