Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kohlenstoff aus dem Erdinneren: eine Quelle für den Kohlenstoffkreislauf der Erde

23.01.2013
Bayreuther Geowissenschaftler veröffentlichen in „Nature“ neue Erkenntnisse zu Oxidationsprozessen im Erdmantel

Der Kohlenstoffkreislauf der Erde ist, vor allem wegen seiner Bedeutung für den Klimawandel, von zentralem Interesse für die umwelt- und geowissenschaftliche Forschung. Auf welchen Wegen und durch welche chemischen Prozesse gelangt Kohlenstoff aus dem Erdinneren an die Erdoberfläche und weiter bis in die Atmosphäre? Diese komplexe Frage ist sowohl unter erdgeschichtlichen Aspekten als auch im Hinblick auf globale Klimaprognosen von wachsendem Interesse.


Prof. Dr. Dan Frost, Dr. Catherine McCammon und der Bayreuther Masterstudent Dickson O. Ojwang im Hochdrucklabor des Bayerischen Geoinstituts (BGI) an der Universität Bayreuth.
Bild: Christian Wißler


Diamanthaltiges Gestein, das im Hochdruck-Laboratorium des Bayerischen Geoinstituts hergestellt wurde. Es hat die gleiche chemische Zusammensetzung wie Diamantgestein in rund 180 Kilometern unter der Erdoberfläche. Die Forschungstechnologien im BGI ermöglichen eine präzise Simulation der Druckverhältnisse und der Temperaturen in verschiedenen Schichten des Erdinneren.
Die hier abgebildete Gesteinsprobe hat einen Durchmesser von 3 mm, das weiß glänzende Gestein in der Mitte ist ein Diamant.
Bild: Dr. Vincenzo Stagno

Bei der Aufklärung der Prozesse, die kohlenstoffhaltige Mineralien im Erdinneren entstehen lassen und zur Freisetzung von Kohlendioxid führen, ist ein Forschungsteam am Bayerischen Geoinstitut – einem Forschungszentrum der Universität Bayreuth – jetzt einen wesentlichen Schritt vorangekommen. In Hochdruck-Experimenten stellte sich heraus, dass derartige Prozesse im Erdmantel von der bisherigen Forschung deutlich unterschätzt worden sind. Im Forschungsmagazin „Nature“ präsentieren die Bayreuther Wissenschaftler um Prof. Dr. Daniel Frost und Dr. Catherine McCammon ihre Ergebnisse.

Redox-Reaktionen im Erdinneren:
Wechselwirkungen von Diamant und Eisen
Die Entstehung kohlenstoffhaltiger Mineralien im Erdinneren beruht auf chemischen Reaktionen, die in der Forschung als „Redox-Reaktionen“ bezeichnet werden. Für diese Reaktionen ist es charakteristisch, dass Elektronen von einem Material auf ein anderes Material übergehen. Chemisch gesprochen, wird das Material, das die Elektronen abgibt, oxidiert; das Material, das sie aufnimmt, wird hingegen reduziert. Redox-Reaktionen sind am Stoffwechsel und an der Photosynthese lebender Organismen ebenso beteiligt wie an oberirdischen Verbrennungs- und Korrosionsprozessen. Aber auch im Erdinneren finden Redox-Reaktionen statt. Hier bewirken sie beispielsweise, dass durch die Oxidation von Diamantgestein kohlenstoffhaltige Mineralien entstehen. Diese Mineralien setzen ihrerseits Kohlendioxid frei, das im Magma gebunden und über vulkanische Prozesse bis zum Meeresboden hinauftransportiert wird. Weil Diamant- und Eisenanteile im Gestein des Erdinneren oftmals räumlich benachbart sind, ist die Oxidation von Diamant in vielen Fällen an die Reduktion von Eisen gekoppelt.
Von der Forschung bisher unterschätzt:
Oxidationsprozesse im Erdmantel
Die Voraussetzungen für Oxidationsprozesse sind im Erdinneren unterschiedlich gut ausgeprägt. Je höher die Sauerstoff-Fugazität – also der effektive Druck des Sauerstoffs – in einer Gesteinsschicht ist, desto intensiver sind die darin ablaufenden Oxidationsprozesse. Den Bayreuther Wissenschaftlern ist es nun gelungen, die Sauerstoff-Fugazität in unterschiedlichen Tiefen des Erdinneren mit einer bisher unerreichten Präzision zu bestimmen.

Diamanthaltiges Gestein, das im Hochdruck-Laboratorium des Bayerischen Geoinstituts hergestellt wurde. Es hat die gleiche chemische Zusammensetzung wie Diamantgestein in rund 180 Kilometern unter der Erdoberfläche. Die Forschungstechnologien im BGI ermöglichen eine präzise Simulation der Druckverhältnisse und der Temperaturen in verschiedenen Schichten des Erdinneren.

Mithilfe der Hochdruckpressen im Bayerischen Geoinstitut wurden Gesteinsproben extrem hohen Drücken ausgesetzt, wie sie in verschiedenen Tiefen des Erdinneren herrschen. Das Ergebnis: Im oberen Erdmantel, insbesondere in einer Tiefe von rund 150 Kilometern, sind die Voraussetzungen für Oxidationsprozesse erheblich günstiger als bisher angenommen.

„Unsere Experimente führen deshalb zu der Schlussfolgerung: In einem viel größeren Umfang, als dies bisher für möglich gehalten wurde, haben sich karbonhaltige Mineralien im oberen Erdmantel dadurch herausgebildet, dass Gestein aus tieferen Erdschichten aufwärts gelangt und oxidiert ist,“ erklärt Dr. Catherine McCammon. Und ihr Kollege Prof. Dr. Daniel Frost ergänzt: „Oxidationsprozesse in einer Tiefe zwischen 120 und 150 km führen dazu, dass Diamanten und Graphit in Kohlendioxid umgewandelt werden. Dies verursacht Schmelzprozesse und in deren Folge eine Freisetzung von Kohlendioxid aus dem Erdinneren. Wir haben es hier mit einer Kohlendioxid-Quelle zu tun, die am Kohlenstoffkreislauf der Erde wesentlich beteiligt ist.“ Für Forschungsarbeiten zu extrem hohen Drücken im Erdinneren ist Daniel Frost im Jahre 2008 mit einem European Advanced Grant, dem höchsten Forschungspreis der Europäischen Union, ausgezeichnet worden.

Das Bayerische Geoinstitut an der Universität Bayreuth –
ein Zentrum für erfolgreiche Nachwuchswissenschaftler
Die Publikation, die das Bayreuther Forschungsteam in „Nature“ vorgelegt hat, zeigt beispielhaft, wie aus den Forschungsarbeiten am BGI international erfolgreiche Nachwuchswissenschaftler hervorgehen. Dr. Vincenzo Stagno, Erstautor der Veröffentlichung, hat einige der darin beschriebenen Hochdruck-Experimente im Rahmen seiner Dissertation durchgeführt und arbeitet seit kurzem am Geophysical Laboratory der Carnegie Institution of Washington. Dickson O. Ojwang beendet derzeit den Master-Studiengang „Experimental Geosciences“ an der Universität Bayreuth und wird demnächst eine Stelle als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Stockholm antreten.
Veröffentlichung:
The oxidation state of the mantle and the extraction of carbon from Earth’s interior,
in: Nature 493, 84–88 (03 January 2013)
DOI: 10.1038/nature11679
Ansprechpartner:
Prof. Dr. Daniel Frost
Bayerisches Geoinstitut (BGI)
Universität Bayreuth
D-95440 Bayreuth
Tel.: +49 (0) 921 55 3737
Dan.Frost@uni-bayreuth.de
Dr. Catherine McCammon
Bayerisches Geoinstitut (BGI)
Universität Bayreuth
D-95440 Bayreuth
Tel.: +49 (0) 921 55 3709 / 3753
Catherine.McCammon@uni-bayreuth.de
Text und Redaktion:
Christian Wißler M.A.
Stabsstelle Presse, Marketing und Kommunikation Universität Bayreuth
D-95440 Bayreuth
Tel.: 0921 / 55-5356 / Fax: 0921 / 55-5325
E-Mail: mediendienst-forschung@uni-bayreuth.de

Christian Wißler | Universität Bayreuth
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Knapp neun Milliarden Tonnen mehr CO2 durch El Niño
19.10.2017 | Max-Planck-Institut für Chemie

nachricht Satelliten erfassen Photosynthese mit hoher Auflösung
13.10.2017 | Max-Planck-Institut für Biogeochemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Latest News

Electrode materials from the microwave oven

19.10.2017 | Materials Sciences

New material for digital memories of the future

19.10.2017 | Materials Sciences

Physics boosts artificial intelligence methods

19.10.2017 | Physics and Astronomy