Viel Wasser im Erdmantel

Der Erdmantel enthält in 410 bis 660 Kilometern Tiefe eine große Menge an Wasser – möglicherweise ebenso viel, wie in allen Ozeanen auf der Oberfläche. Das zeigt die Untersuchung eines zufällig aufgespürten Diamanten aus dieser so genannten Mantelübergangszone durch ein internationales Forscherteam. Das in dem Diamanten eingeschlossene Mineral Ringwoodit enthält danach 1,5 Prozent Wasser. Dieses Wasser könne eine wichtige Rolle bei Vulkanismus und Plattentektonik spielen, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

metallisch glänzendes, unregelmäßiges Objekt
Diamant aus der Mantel-Übergangszone

„Sowohl Theorie als auch Experimente haben gezeigt, dass die Übergangszone ein wesentlicher Speicher für Wasser sein könnte“, schreiben Graham Pearson von der University of Alberta in Kanada und seine Kollegen, „doch geophysikalische Untersuchungen haben bislang widersprüchliche Ergebnisse geliefert.“ Deshalb war bislang unklar, ob die Übergangszone wasserhaltig oder trocken ist. Das hat sich nun dank eines Zufallsfundes geändert: Nach jahrelangen Analysen eines in Brasilien erworbenen Diamanten im Rahmen eines anderen Forschungsprojekts, stieß ein Student von Pearson zufällig auf Ringwoodit – ein Mineral, dass bislang nur in Meteoriten, aber nicht auf der Erde nachgewiesen worden war.

Schnitt durch einen Teil der Erde, von außen nach innen: Lithosphäre, oberer Mantel, Übergangszone, unterer Mantel. Von einem Ozean an der Oberfläche gelangt Wasser entlang einer Subduktionszone in die Übergangszone.
Schematischer Aufbau des Erdmantels

Seismische Untersuchungen zeigen, dass Olivin, der Hauptbestandteil des Erdmantels, in der Übergangszone unter hohem Druck in andere kristalline Phasen – Wadsleyit und Ringwoodit – übergeht. Diese Mineralien können aufgrund ihrer Struktur Wasser speichern. Doch die Suche nach Mineralien tief aus dem Erdmantel ist ein schwieriges Unterfangen. Zwar können sie sich in Einschlüssen in Diamanten erhalten, doch beim Aufstieg an die Oberfläche verwandeln sich durch den abnehmenden Druck Wadsleyit und Ringwoodit normalerweise in gewöhnliches Olivin zurück. In dem von Pearson und seinem Team untersuchten Diamanten ist das überraschenderweise nicht der Fall: Offenbar, so die Forscher, sei das Magma, das den Diamanten enthielt, im Rahmen einer explosiven vulkanischen Explosion extrem schnell aufgestiegen.

Untersuchungen des eingeschlossenen Ringwoodits mithilfe von Infrarotstrahlung zeigten, dass das Mineral 1,5 Gewichtsprozent Wasser enthält. „Das ist ein direkter Beweis dafür, dass die Mantelübergangszone – zumindest stellenweise – wasserhaltig ist“, so Pearson und seine Kollegen. Selbst wenn der Diamant aus einer ungewöhnlich wasserhaltigen Zone im Mantel stammen sollte, sei auf Basis dieses Fundes das alternative Modell einer trockenen Übergangszone sehr unwahrscheinlich geworden.