Tief unter unseren Füßen könnte ein verborgener Ozean schlummern. Chinesische Forscher entdeckten, dass der untere Erdmantel weit mehr Wasser speichern kann als gedacht.
In den Tiefen unseres Planeten könnte sich ein enormer Wasserschatz verbergen – eingeschlossen in mikroskopischen Kristallstrukturen unter extremen Bedingungen. Wissenschaftler aus China haben nun Hinweise gefunden, dass der untere Erdmantel deutlich feuchter sein dürfte als bisher vermutet. Das Forscherteam vom Guangzhou-Institut für Geochemie veröffentlichte seine Erkenntnisse im renommierten Fachblatt Science. Ihre Untersuchungen zeigen, dass der tiefe Erdmantel in der Frühphase unseres Planeten erheblich mehr Wasser aufnehmen konnte als angenommen – vor allem dank des Minerals Bridgmanit, das etwa 80 Prozent des unteren Mantels bildet.
Die Wissenschaftler gingen einer grundlegenden Frage der Erdgeschichte nach: Wohin verschwand das Wasser, als unser Planet noch eine glühende Masse war? In jener Epoche, als ein Ozean aus Magma die Erdoberfläche bedeckte, wurden die fundamentalen Eigenschaften unseres Planeten festgelegt – welche Elemente nach unten sanken, welche aufstiegen und wo das Wasser verblieb, das später unsere Ozeane, Flüsse und Wolken speisen sollte.
Bahnbrechende Experimente
Für ihre Experimente erzeugten die Forscher Bedingungen, wie sie im Inneren der frühen Erde herrschten. Sie setzten wasserhaltiges Silikatglas in speziellen Diamantstempelzellen enormem Druck und Temperaturen von über 4.000 Grad Celsius aus. Bei der anschließenden Abkühlung entstand Bridgmanit. Die Analysen ergaben Überraschendes: Das Mineral kann unter diesen Bedingungen beträchtliche Mengen Wasser in seine Kristallstruktur einbauen. Frühere Versuche hatten diesen Effekt nicht erkannt, da sie bei geringeren Temperaturen durchgeführt wurden.
Ein ergänzendes Computermodell zur Erstarrung des Magmaozeans lieferte weitere Erkenntnisse: Der junge Planet könnte zwischen einer und zwölf „Ozeanmassen“ Wasser enthalten haben – ein Vielfaches der heutigen Wassermenge in den Weltmeeren. Etwa 62 Prozent dieses Wassers könnten im unteren Mantel eingelagert worden sein, der Rest in höheren Schichten. Diese Ergebnisse stehen im Widerspruch zu bisherigen Theorien, die den unteren Mantel als nahezu wasserfrei beschrieben. Gleichzeitig erklären sie, wie sich dennoch Ozeane an der Oberfläche bilden konnten: Die letzte erstarrende Schmelze nahe der Erdkruste war besonders wasserreich und setzte beim Festwerden Wasser frei.
Geologische Bedeutung
Das tief im Erdinneren gebundene Wasser spielt möglicherweise bis heute eine bedeutende Rolle. Der Erdmantel ist kein starres Gebilde, sondern in ständiger Bewegung. Material steigt auf, während ozeanische Platten absinken. Durch diesen Kreislauf könnte uraltes Wasser nach Jahrmillionen wieder an die Oberfläche gelangen. Die Gase bestimmter Vulkane auf ozeanischen Inseln tragen nach Ansicht der Forscher chemische Signaturen dieses ursprünglichen Wassers.
Die Wasserpräsenz im Mantel beeinflusst, wie Gestein schmilzt, wie sich die tektonischen Platten bewegen und wie Vulkane entstehen – Prozesse, die über geologische Zeiträume hinweg das Klima und die Lebensbedingungen auf unserem Planeten geprägt haben könnten.
Wie viel Wasser heute tatsächlich in den Tiefen der Erde gespeichert ist oder über die Jahrmilliarden wieder freigesetzt wurde, bleibt vorerst ungeklärt.
Die neue Studie demonstriert jedoch, wie moderne Hochdruckexperimente und Computersimulationen es ermöglichen, selbst die frühesten Phasen der Erdgeschichte zu erforschen.
