Geheimnis der Riesen-Diamanten gelüftet

Die größten Diamanten der Erde – hier Teile des Cullinan-Diamanten – sind nicht nur rar, sie entstanden auch ganz anders als ihre kleineren Verwandten. © Chris 73 / CC-by-sa 3.0, Wikimedia

Kostbare Raritäten: Große Diamanten wie der Koh-i-Noor oder der Cullinan-Diamant sind nicht nur sehr selten – sie entstanden auch ganz anders als andere Diamanten. Sie bildeten sich hunderte Kilometer tiefer im Erdmantel und in mit flüssigen Metallen gefüllten Hohlräumen. Dies wiederum wirft ein ganz neues Licht auf die Zusammensetzung des tiefen Erdmantels, wie Forscher im Fachmagazin „Science“ berichten.

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Diamanten sind im Prinzip nichts Anderes als unter hohem Druck und Hitze komprimierter Kohlenstoff. Die meisten von ihnen entstanden in rund 150 bis 200 Kilometern Tiefe im Erdmantel und wurden dann von urzeitlichen Vulkanen in die Erdkruste befördert. Die Reste dieser Schlote sind als Kimberlit-Gestein erhalten und kommen heute vor allem in Südafrika, in Indien, Südamerika und sogar in der Antarktis vor.

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Erdmantel kühlt heute schneller aus

© University of Texas at Austin Messdaten an verschiedenne Stellen der ozeanischen Kruste zeigen, dass Hotspots nicht der Grund für die früher dickere Ozeankruste sein können.

Superkontinent als Wärmedecke: Der Erdmantel kühlt heute fast doppelt so schnell ab wie noch vor rund 200 Millionen Jahren. Dadurch wird weniger und dünnere Ozeankruste produziert. Der Grund für die beschleunigte Abkühlung des Planeteninneren: Der Superkontinent Pangäa wirkte einst wie eine Wärmedecke und isolierte den Erdmantel besser gegen die Abkühlung, wie Forscher im Fachmagazin „Nature Geoscience“ berichten.

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Die mittelozeanischen Rücken sind Krustenfabriken: An ihnen steigt ständig heißes Magma aus dem Erdmantel auf und quillt an die Oberfläche. Dadurch entsteht entlang dieser Nahtstellen der Erde neue Ozeankruste. Dieser Prozess treibt nicht nur die Plattentektonik an, er sorgt auch mit dafür, dass der Erdmantel kontinuierlich an Wärme verliert. So weit, so bekannt.

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Urzeitliches Wasser im Erdmantel

ünnschliffs von komatiitreicher Lava aus Kanada, in ihr wurden die Indizien für das urzeitliche Wasser gefunden. © A. Sobolev/ ISTerre.

So viel Wasser wie in den Ozeanen: Tief im Erdmantel liegt ein gewaltiges Reservoir von wasserreichen Mineralen. Wie alt dieses Wasser ist, haben Forscher jetzt anhand von chemischen Analysen urzeitlicher Gesteinseinschlüsse herausgefunden. Demnach muss dieses Reservoir bereits vor rund drei Milliarden Jahren in der Übergangszone des Erdmantels existiert haben, wie die Wissenschaftler im Fachmagazin „Nature“ berichten.

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Schon seit einiger Zeit mehren sich die Hinweise darauf, dass es tief im Erdmantel ein gewaltiges Wasserreservoir gibt. Ein Indiz dafür war der Fund des Mantelminerals Ringwoodit, das Wasser als Hydroxyl-Molekül gebunden enthielt. Wenig später bestätigten auch seismische Messungen, dass in der Übergangszone zwischen oberem und unterem Erdmantel große Mengen Wasser gebunden sein könnten.

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Gewaltige Sauerstoff-Quelle im Erdmantel entdeckt

Im Erdmantel entstehen zwei bisher unbekannte Eisenoxide – und geben dabei große Mengen Sauerstoff ab. © HG: Johannes Gerhardus Swanepoel/ thinkstock

Im Erdmantel gibt es offenbar eine gewaltige, bisher unbekannte Sauerstoffquelle. Denn unter dem hohen Druck und der Hitze in diesen Tiefen bilden sich zwei neuartige Eisenoxid-Formen, wie Forscher bei Hochdruck-Experimenten entdeckt haben. Bei dieser Umwandlung geben die Eisenminerale große Mengen Sauerstoff ab. Wie sich dies auf die Prozesse im Erdmantel auswirkt, ist bisher jedoch noch unbekannt, so die Wissenschaftler im Fachmagazin „Nature Communications“.

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Eisenoxide sind Minerale, die in der Natur in verschiedenen kristallinen Strukturen vorkommen. Besonders weit verbreitet sind Hämatit (Fe₂O₃) und Magnetit (Fe₃O₄). Diese Eisenerz-Minerale haben einen Eisengehalt von über 70 Prozent und sind damit wichtige Rohstoffe für die Gewinnung von Eisen und Stahl. Bei hohem Druck und hohen Temperaturen können jedoch noch weitere Eisenoxid-Varianten entstehen – das ist unter anderem im Erdmantel der Fall.

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Erdmagnetfeld bleibt vorerst stabil

Schwächelt das Erdmagnetfeld, können Polarlichter bis fast zum Äquator reichen – doch vorerst ist es nicht so weit. © Huapei Wang // NASA Earth Observatory/NOAA/DOD

Forscher geben Entwarnung: Vorerst ist wohl keine Umpolung des Erdmagnetfelds in Sicht. Denn das Magnetfeld ist trotz sinkender Feldstärke noch doppelt so stark wie im Durchschnitt der letzten fünf Millionen Jahre, wie die Wissenschaftler festgestellt haben. Wann der Magnetdynamo der Erde tatsächlich schwächelt und sich sogar umkehrt, lässt sich unmöglich vorhersagen, schreiben die Forscher im Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences“.

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Ein Kompass zeigt zuverlässig auf den magnetischen Nordpol, immer entlang der Feldlinien des Magnetfelds der Erde. So eindeutig funktionierte dieses Prinzip jedoch nicht während der gesamten Erdgeschichte: Schon mehrfach änderte das Magnetfeld seine Polarität, der Nordpol wurde zum Südpol und umgekehrt. Die Ursachen für diesen Wechsel sind noch nicht gänzlich aufgeklärt, mögliche Störfaktoren sind aber geologische Anomalien, welche die Konvektionsströme im Erdmantel beeinflussen.

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