Ein internationales Forscherteam hat wissenschaftliche Ergebnisse vorgelegt, wonach der metallische Erdkern kein isoliertes Reservoir ist, sondern über Milliarden von Jahren hinweg allmählich primäre Elemente und Wasserstoff in die unteren Mantelschichten abgibt. Diese Entdeckung wurde in der renommierten Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht und verändert die bisherigen Vorstellungen über die geochemische Evolution unseres Planeten.
Evolution des Planeteninneren und Schichtenbildung
Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren befand sich die junge Erde in einem geschmolzenen Zustand. Im Prozess der gravitativen Differentiation strömten schwere geschmolzene Metalle, vor allem Eisen, in das Zentrum des Planeten und bildeten einen dichten metallischen Kern. Gleichzeitig stiegen leichtere Silikatverbindungen nach oben und bildeten den Mantel sowie die zukünftige Erdkruste.
Lange Zeit gingen Geophysiker und Geochemiker von der Hypothese aus, dass diese beiden riesigen Schichten nach Abschluss der frühen Differenzierungsphase praktisch voneinander isoliert waren. Moderne Computer-Modellierungsmethoden für extreme Bedingungen im tiefen Erdinneren haben die Wissenschaftler jedoch dazu gezwungen, dieses fundamentale Postulat zu überdenken.
Isotopenanalyse und das Rätsel der Vulkangesteine
Im Rahmen der neuen Studie untersuchten die Experten detailliert die Verteilung von zwei Wasserstoffformen – dem leichten Standardwasserstoff und dem schweren Deuterium – unter Bedingungen, die die Abkühlung des urzeitlichen Magmaozeans simulieren. Es stellte sich heraus, dass die allgemeine Isotopenverteilung im Mantel zwar relativ gleichmäßig erscheint, dieser Mechanismus jedoch nicht ausreicht, um die anomal niedrigen Deuteriumwerte zu erklären.
Anomal niedrige Konzentrationen wurden in Basaltproben nachgewiesen, die aus den Tiefen der Erde auf Baffininsel in der kanadischen Arktis sowie auf Island gefördert wurden. Um diese einzigartigen chemischen Signaturen zu erklären, schlugen die Forscher ein Modell vor, wonach leichter Wasserstoff seit Milliarden Jahren kontinuierlich aus dem metallischen Kern in das umliegende Mantelgestein migriert.
Auswirkungen auf die Geochemie und zukünftige Pläne
Ansicht der Wissenschaftler nach hat das absinkende Eisen während der Kernbildung aktiv leichten Wasserstoff absorbiert, weshalb das metallische Zentrum an Deuterium verarmt ist. Das schrittweise Ausfließen dieses primordialen flüchtigen Materials beeinflusst direkt die Zusammensetzung der tiefen magmatischen Ströme und der an die Erdoberfläche gelangenden Laven.
Bedeutung der Entdeckung für die Erdwissenschaften
Die gewonnenen Daten bestätigen zum ersten Mal anschaulich die Existenz eines tiefen Massenaustauschs zwischen dem Erdkern und dem Erdmantel. In Zukunft plant das Forschungsteam, die physikalischen und chemischen Mechanismen, die diesen Stofftransport über die Grenze der beiden größten Erdsphären hinweg ermöglichen, detailliert zu untersuchen.
