Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Entwicklungsgeschichte der Erde

Neue Rückschlüsse auf die ganz frühe Entwicklungsgeschichte der Erde erlauben die Ergebnisse eines Forschungsprojektes der münsterschen Wissenschaftlerin Dr. Astrid Holzheid. Gemeinsam mit Geowissenschaftlern aus Köln, Bayreuth, Australien und Kanada gelang ihr der Nachweis, dass eine bislang nicht zu erklärende Überanreicherung sogenannter metall-liebender Elemente, wie beispielsweise Edelmetalle, im Erdmantel nur durch Meteoriten zu erklären ist, die nach der Bildung des Erdkerns auf die Erde eingeschlagen und im Erdmantel stecken geblieben sind.

Wie die am Institut für Mineralogie der Universität Münster tätige Wissenschaftlerin und ihre Kooperationspartner in der jüngsten Ausgabe des internationalen Wissenschaftsmagazins "Nature" berichten, ist ein Zuwachs von nur 0,7 Prozent der heutigen Gesamtmasse der Erde vollkommen ausreichend, um die heutigen Gehalte der metall-liebenden Elemente im Erdmantel zu erklären. "Das entspricht einem Bombardement der Erde mit zirka 1000 Tonnen außerirdischen Materials pro Jahr", erklärt Holzheid.

Während die Gliederung der Erde in einen metallischen Erdkern und einen silikatischen Erdmantel allgemein akzeptiert ist, ist die Entstehung und relative zeitliche Abfolge der Abtrennung und Ausbildung des Erdkerns aus der ursprünglich mehr oder weniger homogenen "Proto-Erde" nach wie vor sehr umstritten. Mehr Klarheit hat jetzt die soeben veröffentlichte Studie unter der Federführung von Astrid Holzheid gebracht.

Um der Bildung des Erdkerns näher auf die Spur zu kommen, haben sich Holzheid und ihre Fachkollegen das unterschiedliche Verhalten von chemischen Elementen zu Nutze gemacht. Metall- liebende Elemente tendieren dazu, sich in metallischen Eisen- Nickel-Schmelzen zu konzentrieren. Solche Schmelzen sind der chemischen Zusammensetzung des Erdkerns sehr ähnlich und dienten den Wissenschaftlern daher als Labormodell. Bei der Bildung des Erdkerns gelangten diese Elemente zusammen mit dem Eisen-Nickel-Metall aus dem Erdmantel in den Metallkern. Nur noch geringe Mengen der metall-liebenden Elemente verblieben im Erdmantel.

In dem Forschungsprojekt der münsterschen Mineralogin wurden die Konzentrationen dieser Elemente in dem heutigen Erdmantel mit den Konzentrationen in dem Erdmantel nachempfundenen Silikatschmelzen verglichen. Diese Schmelzen wurden in Experimenten in einem speziellen Hochdrucklabor in Bayreuth Temperaturen und Druckverhältnissen ausgesetzt, die dem tiefen Erdinneren nachempfunden wurden. Da die untersuchten Proben zum Teil weniger als einen Quadratmillimeter klein waren, war die Untersuchung nur mit ganz speziellen Analysetechniken in Australien und Kanada möglich.

Herausgefunden wurde bei dieser Analyse, dass die Gehalte der beiden untersuchten Elemente Palladium und Platin in den Silikatschmelzen auffällig niedriger sind als im heutigen Erdmantel. Einzige Erklärung für die heutige "Überanreicherung" ist für Holzheid "eine späte Zugabe von Material, das die Elemente in relativ hohen Konzentrationen enthält". Und dafür wiederum kommen ihrer Überzeugung nach nur Meteoriten in Frage. Da die Erde im Laufe der Zeit abkühlte, konnte das extraterrestrische Material im Erdmantel nicht mehr heiß genug werden, um auch nur teilweise zu schmelzen. Die metall- liebenden Elemente konnten daher nicht mehr mittels einer Schmelze aus dem Erdmantel entzogen und in den Erdkern aufgenommen werden.

Weitere Informationen finden Sie im WWW:

• http://www.uni-muenster.de/Chemie/MI/
• http://www.nature.com/nature/

Norbert Frie |

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...