Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Rätsel im Bauch der Erde bleibt ungelöst

04.12.2009
Professor Irifune forschte mit Bayreuther Wissenschaftlern über Bindungen des Eisens im unteren Erdmantel

Gemeinsame Forschungsarbeiten Bayreuther und japanischer Wissenschaftler widerlegen die Annahme, dass Elektronenübergänge im Eisen und damit verbundene Elementverteilung für die abrupten Diskontinuitäten im unteren Erdmantel verantwortlich sind. Die Ursache für die Diskontinuitäten bleibt damit weiterhin ein Rätsel. Diese Entdeckung haben die Forscher jetzt im Wissenschafts-Journal Science veröffentlicht.

Professor Tetsuo Irifune von der Ehime-Universität in Matsuyama/Japan (Bild) ist im Rahmen eines Forschungsaufenthalts am Bayerischen Geoinstitut dieser Fragestellung nachgegangen. Ermöglicht wurden die Forschungsarbeiten durch die Alexander von Humboldt-Stiftung, die Irifune mit dem Humboldt-Preis auszeichnete. Irifune wendete eine neue Hochdruck-Methodik an, bei der gesinterte Diamanten als Druckstempel in einer großvolumigen Presse eingesetzt wurden. Damit stieß er in Druckbereiche bis 47 GPa (470.000- facher Atmosphärendruck) vor. Dies entspricht den Bedingungen, die in etwa in der Mitte des unteren Erdmantels vorliegen. Irifune und seine Kollegen haben gezeigt, dass Eisen bei steigendem Druck zuerst Silikat-Perowskit bevorzugt, sich bei höheren Drücken jedoch überwiegend an Ferro-Periklas anreichert. Dieser Wechsel im Verteilungsverhalten wird durch Übergänge in der Elektronenstruktur verursacht. Derartige Elektronenübergänge sind in früheren Untersuchungen als Ursache für die kleineren Diskontinuitäten im unteren Erdmantel angeführt worden.

Um die Auswirkung der Eisenverteilung auf Dichteänderungen im unteren Mantel zu erfassen, bestimmten Irifune und seine Bayreuther Kollegen das Volumen von jedem untersuchten Mineral unter den Druck- und Temperaturbedingungen des unteren Erdmantels. Überraschenderweise konnten die Forscher keine, den Wechseln im Elektronenzustand entsprechenden, abrupten Dichteveränderungen registrieren, was sie auf Kompensationseffekte innerhalb der Mineralgemische im unteren Mantel zurückführen. Somit müssen Geophysiker nach anderen möglichen Ursachen für kleine Diskontinuitäten im unteren Erdmantel suchen.

Die erzielten Ergebnisse gelten für den oberen Bereich des unteren Mantels mit den Druck- und Temperaturbedingungen, die experimentell erreicht werden konnten. Es bleibt die Frage offen, wie sich das Eisen in noch größerer Tiefe in der Erde verhält. Weitere Untersuchungen auf diesem Gebiet wird das neue Kooperationsabkommen zwischen dem Bayerischen Geoinstitut und dem Geodynamic Research Center der Ehime-Universität ermöglichen, das den gegenseitigen Austausch von Studenten und Wissenschaftlern vorsieht, um gemeinsame Forschungsprojekte verstärkt durchzuführen.

Hintergrund:
Das Erdinnere ist zum weitaus größten Teil für Untersuchungen nicht direkt zugänglich und nur wenige seiner physikalischen Eigenschaften lassen sich unmittelbar messen. Eine dieser Eigenschaften ist die Dichte, die Forscher aus der Analyse von Erdbebenwellen (Seismik) erhalten. Da sich die Dichte an Grenzschichten (so genannte Diskontinuitäten) abrupt ändert, liefern Messungen von Erdbebenwellengeschwindigkeiten wichtige Erkenntnisse über den Schalenaufbau des Erdinnern. So liegen im unteren Erdmantel, der mehr als 50 Prozent des gesamten Erdvolumens ausmacht, kleinere Diskontinuitäten vor, die aufgrund von geophysikalischen Messdaten nicht erklärt werden können. Um die Ursachen für Diskontinuitäten zu ergründen, werden die Eigenschaften der betreffenden Minerale des Erdmantels im Labor unter den Druck- und Temperaturbedingungen des Erdinneren bestimmt. Die Resultate können dann mit den geophysikalischen Daten verglichen werden, um die Gültigkeit aufgestellter Modelle zu überprüfen. Eisen ist das schwerste der in der Erde häufig vorhandenen Elemente. Jeder Prozess, der sich auf die Eisenverteilung zwischen den Mineralen des Erdmantels auswirkt, kann auch Dichteänderungen im Erdkörper verursachen. Untersuchungen zur Eisenverteilung im unteren Erdmantel haben sich auf die zwei hier dominant auftretenden Minerale Eisen-Magnesium-Silikat-Perowskit („Silikat- Perowskit“) und Eisen-Magnesium-Oxid („Ferro-Periklas“) konzentriert. Vorausgegangene Versuche haben aber keine eindeutigen Hinweise auf die Verteilung von Eisen zwischen Ferro-Periklas und Silikat-Perowskit geliefert, so dass der Einfluss der Elementverteilung auf die exakte Dichte und Dichtevariationen im unteren Erdmantel nicht geklärt werden konnte.
Kontakt:
Dr. Catherine McCammon
Telefon: 0921/55 3709
E-mail: catherine.mccammon@uni-bayreuth.de

Frank Schmälzle | Universität Bayreuth
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Der Januskopf des südasiatischen Monsuns
15.06.2018 | Max-Planck-Institut für Chemie

nachricht Was das Eis der West-Antarktis vor 10.000 Jahren gerettet hat, wird ihr heute nicht helfen
14.06.2018 | Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Im Focus: Revolution der Rohre

Forscher*innen des Instituts für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) der Hochschule Coburg lassen Rohrleitungen, Schläuchen oder Behältern in Zukunft regelrecht Ohren wachsen. Sie entwickelten ein innovatives akustisches Messverfahren, um Ablagerungen in Rohren frühzeitig zu erkennen.

Rückstände in Abflussleitungen führen meist zu unerfreulichen Folgen. Ein besonderes Gefährdungspotential birgt der Biofilm – eine Schleimschicht, in der...

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Der “Stein von Rosetta” für aktive Galaxienkerne entschlüsselt

21.06.2018 | Physik Astronomie

Schneller und sicherer Fliegen

21.06.2018 | Informationstechnologie

Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

21.06.2018 | Innovative Produkte

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics