Ein Forschungsteam der Universität Bayreuth hat gemeinsam mit anderen Forscherinnen und Forschern aus der ganzen Welt zwei bislang unbekannte Eisenverbindungen hergestellt und damit möglicherweise eine Forschungslücke geschlossen. Die Verbindungen könnten Auswirkungen auf die Aktivität von Vulkanen haben – und eine Erklärung für ungewöhnliche seismische Messungen liefern, erklärt die Universität in einer Pressemitteilung am Dienstag.
Speicher für große Wassermengen im Erdmantel
Das Besondere an den neu entdeckten Eisenverbindungen: Sie können vermutlich große Wassermengen langfristig im Erdinneren speichern. An der Grenze zwischen Erdkern und Erdmantel ist der Druck sehr hoch und die Temperatur liegt bei bis zu 2.500 Grad Celsius. Die bislang bekannten Verbindungen, die viel Wasserstoff enthalten, halten den Bedingungen dort kaum Stand.
Dennoch haben Forschende bei Untersuchungen von Vulkanen in Kanada und Island Hinweise darauf gefunden, dass es tief im Inneren der Erde größere Wassermengen aus der Entstehungszeit der Erde geben könnte. Bislang war allerdings völlig unklar, welche Minerale in der Lage sind, unter den extremen Bedingungen solche Wassermengen zu speichern. Den nun gefundenen Eisenverbindungen soll das möglich sein.
Möglicher Speicher für uraltes Wasser
Wasser spielt im Erdinneren eine wichtige Rolle: Es beeinflusst zum Beispiel, wie Gesteine sich verformen, wie sie schmelzen und es transportiert chemische Elemente durch das Erdinnere. Dass überhaupt so viel Wasser in den Tiefen der Erde lagert, könnte auf einen Magmaozean zurückzuführen sein. Der könnte sich laut Pressemitteilung der Universität bei der Erdentstehung gebildet haben. Im Laufe der Zeit ist er möglicherweise immer weiter ausgekühlt und könnte sich mit Eisen und Wasser angereichert haben – den Bestandteilen, die zur Bildung der neuen Mineralien nötig sind.
"Außerdem könnten diese Minerale Wasser speichern, das durch die Bewegung tektonischer Platten in die Tiefe transportiert wird. Weil die Verbindungen sehr dicht sind, würden sie wahrscheinlich in der Nähe der Kern-Mantel-Grenze verbleiben und dort Wasser langfristig festhalten", sagt Dr. Man Lianjie, einer der Autoren und ehemaliger Doktorand am Bayerischen Geoinstitut (BGI).
Eigenschaften könnten Vulkanaktivität und seismische Messungen erklären
Bei dem Prozess, in dem sich die neu entdeckten Minerale bilden, entziehen sie dem umliegenden Gestein Eisen. Dadurch können sich die Grenzen zwischen den Mineralien im Erdmantel verschieben. Und das könnte laut Universität wiederum eine Erklärung dafür sein, warum Geophysiker immer wieder ungewöhnliche Signale bei seismischen Messungen beobachten.
Zudem könnte es sein, dass die Minerale durch die Erwärmung durch den Erdkern leichter schmelzen, als die Materialien um sie herum. Dadurch könnte das gespeicherte Wasser und andere flüchtige Stoffe aufsteigen und Verbindungen zwischen dem Erdinneren und der Erdoberfläche herstellen. Das könnte die Aktivität von Vulkanen beeinflussen.
Mit Diamanten-Druck zur Eisenverbindung
Um die Eisenverbindungen herzustellen haben die Forschenden sogenannte Diamantstempelzellen genutzt, erklärt die Universität. Sie haben winzige Proben zwischen zwei Diamanten zusammengepresst und anschließend mit Lasern erhitzt. Mit Röntgenstrahlung konnten sie dann die chemische Zusammensetzung und Kristallstruktur identifizieren.
An der Forschung waren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR), des Bayerischen Geoinstituts der Universität Bayreuth, der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), der ETH Zürich, des Shanghai Institute of Applied Physics, des Deutschen Elektronen-Synchrotrons (DESY), der Goethe-Universität Frankfurt sowie weiterer Partnereinrichtungen beteiligt.
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