Erde: Viel Wasser in der Mantel-Übergangszone
Untersuchung eines Diamanten bestätigt hohen Wassergehalt der Grenzschicht im Erdmantel.
Sowohl theoretische Überlegungen als auch Laborexperimente deuten darauf hin, dass die in einer Tiefe von 410 bis 660 Kilometern liegende Mantel-Übergangszone ein signifikanter Speicher von Wasser sein könnte. Unter dem dort herrschenden Druck wandelt sich – so die Theorie – der Hauptbestandteil des Mantels, das Mineral Olivine, in Wadsleyit und Ringwoodit um. Und diese Modifikationen können, wie Untersuchungen im Labor zeigen, bis zu 2,5 Gewichtsprozent Wasser enthalten. Geophysikalische Untersuchungen haben jedoch bislang widersprüchliche Ergebnisse und somit keine eindeutige Antwort auf die Frage geliefert, ob die Übergangszone Wasser enthält oder trocken ist.
Abb.: Im Bereich der Subduktionszonen kann Wasser aus den Ozeanen in die Übergangszone des Erdmantels gelangen. Bestimmte Minerale wie Ringwoodit können das Wasser dort speichern. Eingeschlossen in Diamanten können diese Minerale durch Vulkanismus an die Oberfläche gelangen. (Bild: K. Mather)
Das hat sich nun dank eines Zufallsfundes geändert: Nach jahrelangen Analysen eines in Brasilien erworbenen Diamanten im Rahmen eines anderen Projekts, stieß ein internationales Forscherteam um Graham Pearson von der University of Alberta in Kanada zufällig auf Ringwoodit. Dieses Mineral konnte erstmals auf der Erde aufgespürt werden, bislang fanden es Wissenschaftler nur in Meteoriten. Es ist zwar nicht ungewöhnlich, dass Diamanten Mineralien-Einschlüsse enthalten, doch beim Aufstieg aus dem Mantel an die Oberfläche wandeln sich durch den abnehmenden Druck Wadsleyit und Ringwoodit normalerweise in gewöhnliches Olivin zurück. In dem von Pearson und seinem Team untersuchten Diamanten ist das überraschenderweise nicht der Fall: Offenbar, so die Forscher, sei das Magma, dass den Diamanten enthielt, im Rahmen einer explosiven vulkanischen Explosion extrem schnell aufgestiegen.
Abb.: Der in Brasilien aufgefundene Diamant JUc29 stammt aus der Mantel-Übergangszone und enthält das Mineral Ringwoodit. (Bild: R. Siemens, U. Alberta)
Untersuchungen des eingeschlossenen Ringwoodits mithilfe von Infrarotstrahlung zeigten, dass das Mineral 1,5 Gewichtsprozent Wasser enthält. „Das ist ein direkter Beweis dafür, dass die Mantelübergangszone – zumindest stellenweise – wasserhaltig ist“, so Pearson und seine Kollegen. Selbst wenn der Diamant aus einer ungewöhnlich wasserhaltigen Zone im Mantel stammen sollte, sei auf Basis dieses Fundes das alternative Modell einer trockenen Übergangszone sehr unwahrscheinlich geworden. Das in der Übergangszone vorhandene Wasser könne eine wichtige Rolle bei Vulkanismus und Plattentektonik spielen, so die Forscher.
Rainer Kayser
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