Meteoriten brachten das Gold zur Erde

Die Häufigkeit wertvoller Metalle im Mantel der Erde hat ihren Ursprung vermutlich im großen Bombardement vor 3,8 bis 4,1 Milliarden Jahren. Diese seit langem von Geophysikern gehegte Vermutung konnten nun britische Forscher mithilfe der Analyse einer Gesteinsprobe aus Isua-Region auf Grönland untermauern. Das untersuchte Gestein ist offenbar der Anreicherung die Meteoriten entgangen und bietet daher einen Einblick in die Zusammensetzung des Erdmantels vor dem Bombardement.

„Viele wertvolle, Eisen liebende Elemente wie Gold kommen in den erreichbaren Schichten der Erde überraschend häufig vor“, so Matthias Willbold von der University of Bristol und seine Kollegen. „Bei der Entstehung des Erdkerns hätten diese Stoffe sehr effizient in das tiefe Innere des Planeten absinken müssen“. Denn in ihrer Entstehungsphase vor 4,5 Milliarden Jahren war die Erde zunächst heiß und flüssig. Das geschmolzene Eisen sank in den Erdkern ab und nahm dabei siderophile Elemente wie Gold, Platin und Wolfram mit sich in die Tiefe. Trotzdem finden sich diese Elemente heute im Erdmantel in einer Menge, die sich mit theoretischen Modellen der früher Erdentwicklung nicht erklären lassen.

Willbold und seine Kollegen haben anhand der Isotopenverteilung des Elements Wolfram untersucht, wie sich die Zusammensetzung des Erdmantels durch das Bombardement verändert hat. Wolfram-182 entsteht durch den radioaktiven Zerfall von Hafnium-182. Da Hafnium im Gegensatz zu Wolfram nicht siderophil ist, ist es nicht in den Erdkern abgesunken. Dadurch sollte sich im der Erdmantel das aus Hafnium-182 entstandene Wolfram-182 gegenüber dem nicht aus Hafnium entstehenden, nahezu vollständig in den Erdkern abgesunkenen Wolfram-184 anreichern. Willbold und seine Kollegen konnten mit ihren hoch präzisen Messungen an zahlreichen Gesteinsproben jedoch keine solche Anreicherung feststellen.

Mit einer Ausnahme: Gestein aus der Isua-Region zeigt tatsächlich erhöhte Wolfram-182-Werte. Die geochemische Signatur des Gesteins in der Isua-Region zeigt, dass es etwa 3,9 Milliarden Jahre alt ist - es spiegelt also die Verhältnisse vor dem Großen Bombardement wider. Damit bestätigt die Probe nach Ansicht von Willbold und seinen Kollegen, dass durch das Bombardement eine Anreicherung mit Wolfram-182 stattgefunden hat - und damit auch mit anderen wertvollen siderophilen Metallen wie Gold und Platin. Die Wissenschaftler argumentieren, dass diese Anreicherung durch große Einschläge auf der Erde ungleichmäßig verlaufen ist, so dass in einigen Teilen des Erdmantels die ursprüngliche Zusammensetzung erhalten geblieben ist.

Als Gegenargument gegen die Anreicherungs-Hypothese galt bislang die relative Abnahme des Isotops Neodym-142 in der Zeit vor 3,8 bis 3,5 Milliarden Jahren. Neodym ist lithophil und sollte daher nicht signifikant durch das Bombardement beeinflusst werden. Willbold und seine Kollegen stellen nun die These auf, dass das Bombardement die bis in den heutigen Tag aktive Konvektion im Erdmantel in Gang gesetzt haben könnte. Dieser Prozess könnte dann zu einer Durchmischung im Mantel und damit zu der beobachteten Abnahme der Häufigkeit von Neodym-142 geführt haben.

Rainer Kayser

OD