Posted in: Chemie, Geologie 10. Oktober 2012 19:00 Weiter lesen →

Edelgas-Speicher im Erdmantel

Grafik zeigt aufgeschnittene Erde mit ihrem Schichtenaufbau Gemessen an der Zusammensetzung urtümlicher Meteoriten, hat die Erde seit ihrer Entstehung übermäßig viel Xenon verloren. Eine elegante Erklärung für dieses Phänomen liefern Hochdruckexperimente zweier Bayreuther Forscher. Ein Mineral, das tief im Mantel der Erde vorkommt, hat demnach große Mengen leichter Edelgase speichern können, das schwere Xenon jedoch ausgesperrt.

Grafik: Mats Halldin und CharlesC via Wikimedia.org (Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported)

Ungeachtet der fortwährenden Umwälzbewegungen im Erdmantel gelange daher relativ wenig Xenon in die Nähe der Oberfläche und könne ausgasen, folgern Swjatoslaw Schtscheka und Hans Keppler von der Universität Bayreuth im Magazin „Nature“. Ähnliches gelte vielleicht für den Mars, der ebenfalls unverhältnismäßig wenig Xenon besitze.

Schon seit mehreren Jahrzehnten schlagen sich Geowissenschaftler mit dem Problem des „fehlenden Xenons“ herum. Vergleicht man die Häufigkeit verschiedener Edelgase in irdischem Gestein und in Meteoriten aus der Gruppe der Chondriten, die als Überbleibsel der Planetenbildung gelten, so besitzt die Erde zu wenig Xenon. Einige Forscher vermuten noch unentdeckte Reservoirs in Quarzgestein, Eisschilden oder im Erdkern, entsprechende Belege stehen aber noch aus.

Schtscheka und Keppler gingen nun der Vermutung nach, dass der untere Erdmantel große Mengen von Edelgasen enthalten könnte. Als Speicher könnte demnach Magnesiumsilikat-Perowskit dienen, der sich unter dem immensen Druck in Tiefen jenseits von 660 Kilometern bildet. Tatsächlich kann in diesem Mineral sogar recht häufig ein Sauerstoffatom durch ein kleineres Edelgasatom ersetzt werden, ergab die Probe aufs Exempel.

Die beiden Forscher nutzten eine Hochleistungspresse, um Magnesiumsilikat zusammen mit Argon, Krypton oder Xenon einem Druck von 25 Gigapascal (entsprechend rund 250.000 Atmosphären) und Temperaturen von bis zu 1.800 Grad Celsius auszusetzen. Sie fanden, dass das so erzeugte Perowskit-Mineral rund 1 Gewichtsprozent an Argon und ähnlich viel Krypton enthielt, jedoch nur 0,03 Gewichtsprozent Xenon. Wahrscheinlich seien die Xenonatome schlicht zu groß, um in die Sauerstoff-Fehlstellen im Mineral zu schlüpfen, so die Geowissenschaftler.

„Unsere Ergebnisse legen eine einfache Erklärung für die relativ geringe Häufigkeit von Xenon in der Erdatmosphäre nahe“, folgern Schtscheka und Keppler. Als die junge Erde abkühlte und in ihrem Magmaozean das Perowskit-Mineral auskristallisierte, wurde demnach nur wenig Xenon im künftigen Mantelgestein gebunden. Daher konnte seit dem Verlust der ursprünglichen Atmosphäre auch nur wenig Xenon ausgasen und zur neuen Gashülle der Erde beitragen. Sollte diese Annahme zutreffen, könnte der Mars einst ebenfalls einen Magmaozean besessen haben, so die Forscher.

Forschung: Swjatoslaw S. Schtscheka und Hans Keppler, Bayerisches Geoinstitut, Universität Bayreuth

Online-Veröffentlichung Nature, DOI 10.1038/nature11506

WWW:
Bayerisches Geoinstitut, Uni Bayreuth
Edelgase
Vorstoß in den unteren Erdmantel

Lesen Sie dazu im Scienceticker:
Edelgas-Regen im Jupiter

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2 Kommentare zu "Edelgas-Speicher im Erdmantel"

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  1. Mike sagt:

    Und wie verlor die Erde ihre ursprüngliche Atmospäre?