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Erwiesenermaßen tief gesunken

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 16.09.2011 08:59

Geochemiker haben die ersten greifbaren Beweise für das Abtauchen von Krustenplatten bis tief in den Mantel hinab erbracht. In der aktuellen "Science" berichten sie über Mineraleinschlüsse in brasilianischen Diamanten, die auf eine Beteiligung von ozeanischer Kruste an der Entstehung der Edelsteine hindeuten.

Kimberlit-Felder von JuinaDie Diamanten stammen aus Juina, einer Gemeinde im brasilianischen Bundesstaat Mato Grosso, in der diamantenreiche Kimberlit-Felder gefunden wurden. Im Gegensatz zur großen Mehrheit der Diamanten entstanden die untersuchten Edelsteine jedoch nicht in den rund 200 Kilometer tiefen untersten Regionen des brasilianischen Kontinentalkiels, sondern im unteren Mantel in 770 bis 1440 Kilometer Tiefe. 

Diese Diamanten haben der britische Geochemiker Michael Walter von der Universität Bristol zusammen mit Kollegen der Carnegie Stiftung und der Universität von Brasilia auf ihre Einschlüsse hin untersucht. Was den Juwelieren ein Dorn im Auge ist, liefert den Geowissenschaftlern oft die einzige Information über Vorgänge tief im Erdinneren. "Es ist ein bisschen, als ob wir ein Insekt im Inneren eines Bernsteins studieren", erklärt Walter, "wir können die chemische Zusammensetzung dieser Einschlüsse analysieren und dann im Labor die Umstände nachstellen, unter denen diese Minerale entstanden." Im Labor werden Temperatur und Druck simuliert, wie sie in unterschiedlichen Tiefen der Erde herrschen, und diesen Bedingungen werden dann verschiedene Gesteine ausgesetzt. Der Vergleich zeigte auch hier: Die Juina-Diamanten entstanden vor rund 100 Millionen Jahren in mindestens 700 Kilometer Tiefe.

Die Einschlussminerale hatten viel höhere Gehalte an Titan, aber auch an den Spurenelementen Aluminium und Eisen als sie experimentell hergestellte Analoga aus Mantelgestein aufwiesen. Solchen aus basaltischem und damit Ozeankrustengestein, ähnelten sie dagegen stark. Den Laborversuchen zufolge sind diese Minerale in Tiefen zwischen 700 und 1400 Kilometer entstanden. Genauer eingegrenzt werden kann die Ursprungszone nicht, sie liegt aber definitiv im oberen Teil des unteren Mantels. 

Diamant und KohlenstoffmessungenDie Bestimmung des Ursprungsorts wurde ergänzt durch eine Isotopenanalyse des Kohlenstoffs, aus dem die Diamanten selbst bestehen. "Diese aus großer Tiefe stammenden Steine hatten wesentlich geringere C-13-Gehalte als es Mantelgestein normalerweise hat", erklärt Steve Shirey von der Carnegie-Stiftung in Washington, "die Zusammensetzung entspricht am ehesten der von ozeanischer Kruste." Mehr noch, der geringe Gehalt am schweren Kohlenstoff-Isotop C-13 gegenüber dem leichteren C-12 spricht dafür, dass die supertiefen Diamanten ursprünglich sogar organischer Kohlenstoff waren, der sich auf der ozeanischen Kruste ablagerte und mit ihr in die Tiefe sank. 

Die brasilianischen Diamanten sind der erste greifbare Beweis dafür, dass der Kohlenstoffkreislauf der Erde von der Oberfläche bis in tiefgelegene Mantelstockwerke reicht und somit einen großen Teil des Planetenkörpers umfasst. "Das sind die ersten direkten Proben, die man wirklich in der Hand halten kann, die aus ursprünglicher ozeanischer Krustenplatte bestehen, die später bis hinab in den tiefen Erdmantel subduziert und schließlich wieder zurück an die Erdoberfläche gebracht wurde", erklärt Co-Autor Simon Kohn von der Universität Bristol. 

Brasilianischer RohdiamantSie sind auch ein weiterer Hinweis dafür, dass der Mantel nicht aus zwei ziemlich strikt voneinander getrennten Schichten besteht, sondern dass stattdessen eine Durchmischung stattfindet. "Die Diamanten zeigen ziemlich direkt, dass Kohlenstoff von der Oberfläche bis in den unteren Mantel gelangen kann. Dieser ist also Teil des Kohlenstoffkreislaufs", erklärt Kohn. Allerdings fügt er hinzu, dass er über den Umfang des  Kohlenstoffaustauschs mit dem tiefen Erdmantel lieber nicht spekulieren wolle.

Hinweise darauf hatten zuvor geochemische Untersuchungen von Vulkanlava sowie Seismogramme der Tiefen Erde geliefert. Die Seismologen haben auf ihren tomographie-artigen Schnitten durch den Planetenkörper Zeichen für tiefgehendes Absinken von ozeanischer Kruste gefunden, und auch die Zusammensetzung bestimmter Vulkanlaven sprach dafür. Die Untersuchung von Diamanten wie denen aus Juina stärkt diese Indizienkette ungemein.

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