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: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...