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Der größte Wasserspeicher der Erde liegt nicht in den Ozeanen, sondern noch viel tiefer. Ein Forschungsteam aus China hat die Hinweise aufgespürt.
Peking – Woher kommt das Wasser unserer Ozeane? Diese Frage beschäftigt die Wissenschaft seit Jahrzehnten. Denn vor 4,6 Milliarden Jahren war die Erde ein glühender Höllenplanet – häufige und heftige Einschläge aus dem All verwandelten Oberfläche und Inneres des heute blauen Planeten in einen brodelnden Ozean aus Magma. In einer so extremen Umgebung konnte flüssiges Wasser nicht existieren. Heute bedecken Ozeane 70 Prozent der Erdoberfläche. Wie konnte Wasser den Übergang vom geschmolzenen zum festen Planeten überstehen?
Blick auf einen der vielen Ozeane der Erde. (Archivbild) © IMAGO/Zoonar.com/Laurent Davoust
Ein chinesisches Forschungsteam hat nun die Antwort gefunden: Erhebliche Wassermengen wurden tief im Erdmantel „weggeschlossen“, als dieser aus dem geschmolzenen Zustand kristallisierte. Die Entdeckung, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Science, verändert das Verständnis darüber, wie Wasser in der tiefen Erde gespeichert und verteilt wird.
Frühe Erde konnte viel mehr Wasser speichern als gedacht
Das Team um Prof. Du Zhixue vom Guangzhou Institute of Geochemistry der Chinesischen Akademie der Wissenschaften fand heraus, dass Bridgmanit – das häufigste Mineral im Erdmantel – „wie ein mikroskopischer Wasserbehälter funktioniert“, heißt es in einer Mitteilung. Dies ermöglichte es der frühen Erde, erhebliche Wassermengen im Mantel zu speichern, während der Planet fest wurde. Dieses früh gespeicherte Wasser, so argumentiert das Team, könnte entscheidend gewesen sein, um die Erde von einem feurigen Inferno in eine bewohnbare Welt zu verwandeln.
Die Herausforderung war für das Forschungsteam enorm: Es musste die extremen Bedingungen in mehr als 660 Kilometern Tiefe im Labor simulieren und winzige Wassermengen in Proben nachweisen, die kleiner als ein Zehntel der Breite eines menschlichen Haares waren – bei Konzentrationen von nur wenigen hundert Teilen pro Million. Durch die Entwicklung innovativer Methoden zur Analyse von Wasser im Mikro- bis Nanometerbereich konnte das Team die Wasserverteilung in winzigen Proben klar visualisieren und bestätigen, dass Wasser strukturell im Bridgmanit gelöst ist.
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Fotostrecke ansehenBridgmanit im Erdinneren hat Wasser gespeichert
Die Daten des Teams zeigten, dass die „Wasser-Speicherfähigkeit“ von Bridgmanit mit steigender Temperatur deutlich zunimmt. Das bedeutet: Während der heißesten „Magma-Ozean“-Phase der Erde konnte kristallisierendes Bridgmanit weit mehr Wasser speichern als bisher angenommen – eine Entdeckung, die die lange vertretene Ansicht widerlegt, der tiefe untere Mantel der Erde sei nahezu trocken.
Aufbauend auf dieser Entdeckung modellierte das Team die Kristallisation des Magma-Ozeans. Die Simulationen zeigen: Dank der starken Wasser-Speicherfähigkeit von Bridgmanit unter den frühen hohen Temperaturen wurde der untere Mantel zum größten Wasserreservoir im festen Mantel, nachdem der Magma-Ozean erstarrt war. Die Speicherkapazität könnte laut Modell fünf- bis hundertmal größer sein als frühere Schätzungen. Die Gesamtmenge des im frühen festen Mantel gespeicherten Wassers lag möglicherweise zwischen 0,08 und einem Mal dem Volumen aller heutigen Ozeane.
Im Erdinneren eingeschlossenes Wasser machte die Erde zum „blauen Planeten“
Dieses tief vergrabene Wasser blieb nicht statisch. Es wirkte als „Schmiermittel“ für den gewaltigen geologischen Motor der Erde: Es senkte den Schmelzpunkt und die Viskosität der Mantelgesteine, förderte die innere Zirkulation und Plattenbewegung und verlieh dem Planeten anhaltende evolutionäre Vitalität.
Im Laufe der Zeit wurde dieses eingeschlossene Wasser durch magmatische Aktivität allmählich zurück an die Oberfläche „gepumpt“ und trug zur Bildung der ursprünglichen Atmosphäre und der Ozeane der Erde bei. Das eingeschlossene Wasser diente laut dem Forschungsteam wahrscheinlich als entscheidende Kraft, die unseren Planeten von einem Magma-Inferno in die blaue, lebensfreundliche Welt verwandelte, die wir heute kennen. (Quellen: Science, Chinese Academy of Sciences) (tab)
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