Spuren aus dem
Bauch der Erde
Diamanten als Boten der Urzeit
Wissenschaftler sind mit einem neuen Forschungsprojekt einer rätselhaften Spur gefolgt: Diamanten aus einer Tiefe von 300 bis 360 Kilometern. Mit der Analyse dieser Steine aus der brasilianischen Mine Juina erwarten die Wissenschaftler neue Ergebnisse über die Zusammensetzung des Erdmantels.
Diamanten bilden sich im Inneren der Erde in einer Tiefe von etwa 200 Kilometern unter hohem Druck und bei Temperaturen von bis zu 3000 Grad Celsius. Die dadurch entstehende Kohlenstoffverbindung ist das härteste natürlich vorkommende Mineral.
Das Erdmodell auf dem Prüfstand
Diamanten sind extrem reaktionsträge. Einschlüsse von winzigen Mineralien oder Gesteinen sind perfekt konserviert gegen chemische Reaktionen, Druck und Temperaturen. Mit der Analyse der Einschlüsse kann der Wissenschaftler die chemischen Bedingungen des Erdmantels überprüfen. Dr. Brenker ist Geowissenschaftler an der Universität Köln. Er weiß, nicht die glitzernden Steine selbst, sondern die Einschlüsse von winzigen Mineral- und Gesteinsfragmenten in den Diamanten bergen Geheimnisse vom Anbeginn der Zeit.
Bisher stammt die wissenschaftliche Vorstellung vom Inneren der Erde vor allem aus geophysikalischen Messungen an der Erdoberfläche, aus denen man dann theoretische Modelle errechnet hat. Die Wissenschaft geht davon aus, dass der tiefe Erdmantel durch Umwälzprozesse, die seit Milliarden von Jahren ständig stattfinden, völlig homogen ist. Gesteinsbrocken, die bei Vulkanausbrüchen mit der Lava an die Erdoberfläche geraten, haben diese Annahme bekräftigt. Doch die Botschaft der Diamanten könnte einiges verändern. Bei ihnen hatte man mit der Bestätigung der gängigen Lehrmeinung gerechnet. Doch die Forscher erlebten eine Überraschung.
Spektakuläre Ergebnisse
Unter dem Raman-Spektrometer wurden die Steine an der Universität Mainz mit Laserstrahlen beschossen und das gestreute Licht analysiert. So ließen sich Druckverhältnisse und Zusammensetzung genau bestimmen. Dr. Lutz Nasdala fand in manchen Steinen Calzium-Silikate. Doch diese Minerale dürften in dieser Tiefe und Kombination gar nicht vorkommen.
Auch im europäischen Forschungszentrum ESRF in Grenoble, das als Mekka der Röntgenforschung gilt, wurden die Diamanten untersucht. In einem Synchrotron, einem Teilchenbeschleuniger, werden geladene Elektronen mit sechs Millionen Elektronenvolt auf höchste Geschwindigkeit gebracht. Ein feiner Röntgenstrahl, hundert mal dünner als ein menschliches Haar, wird aus 60 Metern Entfernung auf den Diamanten abgeschossen.
Untersuchungsmethode im ESRF
Dr. Laszlo Vince von der Universität Antwerpen entwickelte für Dr. Brenker eine Versuchsanordnung, bei der mittels Röntgenstrahl-Beugung und Röntgenstrahl-Fluoreszenz die 3-D-Chemie und die Struktur der eingeschlossenen Mineral- und Gesteinsfragmente ermittelt werden, ohne die Diamanten zu zerstören - und das selbst bei Einschlüssen unter einem Mikrometer, das entspricht einem tausendstel Millimeter.
Dafür muss alles ganz genau eingerichtet werden. Die Messungen dauern drei Tage. Der winzige Strahl darf nicht einmal um einen tausendstel Millimeter schwanken. Ein Fehler würde alles zunichte machen. Schließlich bestätigen die Messungen einen Verdacht: Die neuen Ergebnisse lassen sich nicht mit der wissenschaftlichen Theorie vom homogenen Erdinneren in Einklang bringen.
Spuren aus dem Erdinneren
Um Gewissheit zu erlangen, wird eine letzte Untersuchungsmethode angewandt: Messsignale von Elementen, die leichter als Calzium sind, werden vom umgebenden Diamanten absorbiert und sind daher auch mittels Röntgenstrahlbeugung nicht sichtbar. Die Diamanten werden deshalb in einer hermetisch abgeschlossenen Presse aufgebrochen. Damit kleinste Partikel das Ergebnis nicht verfälschen, wird diese Präzisionsarbeit unter Vakuum durchgeführt. In einem Spezialmikroskop, einer Mikrosonde, wird der Diamantstaub mit den Einschlüssen analysiert. Was dort sichtbar wird, ist spektakulär: Fragmente von Ozeanboden, Millionen von Jahren alt, Spuren von Kohlendoxid und Wasser, tief aus dem Inneren der Erde.
B.Ru
Quelle:Abenteuer Wissen |
