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: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...