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Planet mit eigenem Wasservorrat

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 04.06.2015 18:15

Um die Herkunft des irdischen Wassers tobt eine der großen und offenbar niemals abgeschlossenen Kontroversen innerhalb der Geowissenschaften. Eine US-amerikanische Geophysikerin hat jetzt mit Hochdruckversuchen entdeckt, dass der Planet seit seiner Entstehung durchaus eigenes Wasser besessen haben kann. Ein Mineral des Unteren Erdmantels könnte als Speicher dienen.

"Vor zehn Jahren schien die Wasser-Frage schon einmal entschieden: Der ganze Vorrat stammte von Kometen. Heute ist die Frage wieder vollkommen offen", meint die Geowissenschaftlerin Wendy Panero von der Ohio State University. Die ESA-Kometensonde "Rosetta" versetzte der Hypothese einen heftigen Schlag, denn das Wasser von Tschurjumow-Gerassimenko, einem Kometen aus dem Kuiper-Gürtel, passt von seinen Deuterium-Isotopen her überhaupt nicht zum Erdwasser.

Schematisches Modell des Erdaufbaus. (Bild: Wikipedia)Daher stellt sich die Frage, woher unser Planet den Stoff für die gewaltigen Wasserkörper genommen hat, die seine Oberfläche bedecken. Panero hat jetzt ein Modell vorgelegt, das den Ursprung zumindest zum Teil erklären kann. "Ich habe mich gefragt, ob und wie das tiefe Innere der Erde Wasser speichern und zur Verfügung stellen kann." Konkret hat die US-Amerikanerin den unteren Erdmantel im Blick, die dickste der Schalen, aus denen unser Planet aufgebaut ist. Er erstreckt sich von der Kern-Mantelgrenze in rund 2900 Kilometern Tiefe bis zur sogenannten Übergangszone zum oberen Erdmantel bei Kilometer 660 und macht rund 55 Prozent des Planetenkörpers aus. Bei einem solchen Volumen kann sich schon ein geringes Speichervermögen drastisch auf den Wasserkreislauf der Erde auswirken. "Die Frage ist nur", so Panero, "ob der Untere Mantel in den Wasserkreislauf eingebunden ist oder nicht."

Eine direkte Probennahme oder Beobachtung in vielen Hundert Kilometern Tiefe ist ausgeschlossen. Daher beschäftigt sich Wendy Panero, obwohl Geophysikerin von Haus aus, intensiv mit Geochemie, nämlich den Mineralen des unteren Erdmantels. "Das Hauptmineral ist Bridgmanit, und ausgerechnet das scheint kaum Wasser speichern zu können", sagt die Assistenzprofessorin, "also habe ich mir die Minerale mit geringeren Anteilen angesehen." Bridgmanit macht rund drei Viertel des unteren Erdmantels aus, daneben gibt es noch geschätzte fünf Prozent Calciumsilikat-Perowskit und 15 bis 20 Prozent Magnesiowüstit. Der Perowskit scheidet als Wasserspeicher ebenso aus wie Bridgmanit, das haben Hochdruck-Experimente ergeben, die Panero und Kollegen an der Smithsonian Institution in Washington durchgeführt haben. Magnesiowüstit dagegen, das ergaben parallele Versuche, ist ein vielversprechender Kandidat. "Die Kristalle haben Fehlstellen, in denen bevorzugt Wasserstoffatome gespeichert werden", so Panero.

Der Vesuv ist der aktivste Vulkan Europas. (Bild: INGV)Dieses Mineral könnte die Brücke zwischen dem Unteren Erdmantel und dem Wasserkreislauf sein, der die oberen Stockwerke des Planetenkörpers mit der Oberfläche zusammenschließt. "Das Mineral kann Wasser ein bisschen tiefer in die Erde hineintransportieren als sonst", so Panero. Von dort kann es dann mit Konvektionsströmen wieder nach oben und über Vulkane an die Oberfläche gebracht werden. Dass sich das nicht nur in Experimenten in den Hightech-Laboren der Geowissenschaftler beobachten lässt, hat ein Diamant aus der Übergangszone zwischen Unterem und Oberem Erdmantel gezeigt, über den "Nature" im vergangenen Jahr berichtete. Einschlüsse in dem winzigen Edelstein enthielten tatsächlich Wasser, das aus mindestens 660 Kilometern Tiefe stammen musste.

Dabei ist klar, dass der Wassergehalt des Unteren Mantels gering ist, selbst wenn man ihn mit dem benachbarten Oberen Mantel vergleicht. Doch da kommt das gewaltige Volumen ins Spiel, bei dem auch ein geringerer Wassergehalt große Mengen bedeuten kann. Zumindest ein Teil des irdischen Wassers kann daher tatsächlich aus der Entstehungsphase des Planeten stammen. "Die Erde hat sich aus kleineren Himmelskörpern zusammengeballt", erklärt Panero, "und manche von ihnen enthielten wasserhaltige Minerale, die Wasser zur frühen Erde beisteuerten." Geowissenschaftler überlegen sich gerade, wie dieses Wasser die feurigen ersten 150 Millionen Jahre der irdischen Existenz überstanden haben könnte.

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