Das Erdinnere zu erforschen ist kein leichtes Vorhaben. Denn durch die Erdkruste zu bohren, die eine Stärke von 35 bis 40 Kilometern hat, ist bis jetzt unmöglich. Die Zusammensetzung des Erdinneren lässt sich nur durch seismische Wellen untersuchen. Diese Wellen wirken wie ein Ultraschall. Zusammen mit Computersimulationen kann das Erdinnere dann rekonstruiert und erforscht werden.
Kreislauf der Geologie: Die Mantelkonvektion
Unterhalb der Erdkruste beginnt der Erdmantel, der bis in eine Tiefe von rund 2.900 Kilometern hinabreicht. Dieser Erdmantel ist aber keine statische Erdschicht. Er befindet sich in stetiger Bewegung. Diese Bewegung nennt man Mantelkonvektion. Heißes Material wandert aus dem Erdkern durch den Erdmantel nach oben in Richtung Erdkruste, während umgekehrt Material der Erdkruste in Richtung Erdkern absinkt. Wissenschaftler vom Bayerischen Geoinstitut haben jetzt herausgefunden, dass dieser Kreislauf die Trennung von Materialien fördert, die sich in Bezug auf ihre Dichte, ihr Gewicht und ihren Sauerstoffgehalt unterscheiden.
Experimente mit Bridgmanit
Ausgangspunkt der Studie, die in „Nature Geoscience“ veröffentlicht wurde, waren Experimente mit Bridgmanit, einem Mineral, das mehr als die Hälfte des Volumens der Erde ausmacht und auch den wesentlichen Bestandteil des unteren Erdmantels darstellt. Eines der zentralen Ergebnisse lautet: Bridgmanit, das in einer sauerstoffreichen Umgebung gebildet wurde, ist ein oxidiertes Mineral und bindet Sauerstoff. Umgekehrt verhält es sich mit dem Bridgmanit, das in einer sauerstoffarmen Umgebung entstanden ist. Die unterschiedlichen Zustände des Minerals lassen sich in unterschiedlicher Dichte messen.
Sauerstoff macht die Erde bewohnbar
Kommt das oxidierte Mineral infolge der Mantelkonvektion an die Erdoberfläche, wird Sauerstoff durch chemischer Prozesse freigesetzt und – beispielsweise durch Vulkane – in die Erdatmosphäre abgegeben. Noch vor 2,3 Milliarden Jahren gab es viel zu wenig Sauerstoff in der Erdatmosphäre. Das Leben auf der Erde wurde erst möglich durch den enormen Anstieg des Sauerstoffgehalts. Ein Teil davon zumindest könnte aus dem sauerstoffhaltigen Material des Erdinneren stammen.
detektor.fm-Redakteur Konstantin Kumpfmüller hat sich mit Dr. Catherine McCammon über ihre neue Studie unterhalten.