Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sauerstoffzufuhr aus dem Erdinneren: ein Beitrag zur Entwicklung der Atmosphäre

26.08.2016

Ein internationales Forschungsteam mit Dr. Catherine McCammon vom Bayerischen Geoinstitut (BGI) der Universität Bayreuth präsentiert in ‚Nature Geoscience‘ neue Erkenntnisse zum Materialkreislauf im Erdinneren.

Der Erdmantel, der unterhalb der rund 40 Kilometer dicken Erdkruste beginnt und bis in eine Tiefe von rund 2.900 Kilometern hinabreicht, ist keine statische Erdschicht. Seit der frühen Erdgeschichte gibt es die Mantelkonvektion: Heißes Material wandert aus dem Erdkern durch den Erdmantel nach oben in Richtung Erdkruste, während umgekehrt Material der Erdkruste in Richtung Erdkern absinkt.


Die Mantelkonvektion transportiert oxidiertes sauerstoffreiches Material zur Erdkruste, von wo es in die Atmosphäre gelangt. Reduziertes sauerstoffarmes Material lagert sich im unteren Erdmantel an.

Grafik auf der Basis einer Computersimulation: Catherine McCammon; mit Autorangabe zur Veröffentlichung frei.

Ein internationales Forschungsteam mit Dr. Catherine McCammon vom Bayerischen Geoinstitut (BGI) der Universität Bayreuth berichtet jetzt in ‚Nature Geoscience‘, dass dieser Kreislauf die Trennung von Materialien fördert, die sich in Bezug auf ihre Dichte, ihr Gewicht und ihren Sauerstoffgehalt unterscheiden.

Hochdruck-Experimente mit Bridgmanit

Ausgangspunkt dieser Entdeckung waren Hochdruck-Experimente mit Bridgmanit, einem Mineral, das mehr als die Hälfte des Volumens der Erde ausmacht und auch den wesentlichen Bestandteil des unteren Erdmantels darstellt. Eines der zentralen Ergebnisse lautet: Bridgmanit, das aus Glas in einer sauerstoffreichen Umgebung gebildet wurde, ist ein oxidiertes Mineral und bindet Sauerstoff.

Umgekehrt verhält es sich mit Bridgmanit, das aus Glas in einer sauerstoffarmen Umgebung entstanden ist. Es bindet weniger Sauerstoff und hat den Status eines reduzierten Minerals. Vor allem besitzt es eine höhere Dichte als das sauerstoffreiche Mineral.

„Dieser Unterschied beträgt nur 1 bis 1,5 Prozent und ist damit dreimal niedriger als der Dichteunterschied zwischen Wasser und Milch“, erklärt Dr. McCammon. „Aber eine solche kleine Differenz reicht bereits aus, um dem oxidierten Mineral ein geringeres Gewicht zu verleihen.“

Ausstoß von Sauerstoff in die Erdatmosphäre: ein möglicher Beitrag zur Bewohnbarkeit der Erde

Auf die Hochdruck-Experimente folgten Computersimulationen. Aufgrund der Annahme, dass in den frühen Anfängen der Erdgeschichte oxidiertes und sauerstoffarmes Material ungefähr gleichmäßig im Inneren unseres Planeten verteilt waren, stand ein solches Gemisch am Beginn der Simulationen. Es wurde nun am Rechner einer Dynamik ausgesetzt, wie sie für die Mantelkonvektion charakteristisch ist.

Nach weniger als 800 Millionen Jahren, so die Berechnungen, bewegte sich das oxidierte und daher leichtere Mineral nach oben in Richtung Erdoberfläche. Dabei wurde Sauerstoff infolge chemischer Prozesse freigesetzt und – beispielsweise im Zusammenhang mit der Entstehung von Vulkanen – in die Erdatmosphäre abgegeben.

„Dieser Sauerstoff könnte in der frühen Erdgeschichte teilweise dazu beigetragen haben, dass sich die Erde zu einem bewohnbaren Planeten entwickelt hat“, meint Dr. McCammon. Das dichterere und schwerere Material hingegen sank im Verlauf der Simulationen in den unteren Erdmantel hinab. Die geologische Trennung der beiden Mineralien setzte sich immer weiter fort und hält aufgrund der Mantelkonvektion bis heute an.

Internationale Kooperation

Die jetzt in ‚Nature Geoscience‘ veröffentlichte Studie ist in einer engen transatlantischen Zusammenarbeit entstanden. An der Universität Bayreuth hat Dr. Catherine McCammon insbesondere die Mößbauer-Untersuchungen des oxidierten und des sauerstoffarmen Bridgmanit vorgenommen und ausgewertet. An der Yale University haben Prof. Dr. Kanani K. M. Lee und ihre Kollegin Dr. Tingting Gu das Projekt konzipiert und Hochdruck-Experimente mit Diamant-Stempelzellen durchgeführt, Dr. Mingming Li von der Arizona State University war an den Computersimulationen beteiligt. „Unsere Forschungsarbeiten sind daher ein weiteres Beispiel dafür, wie stark das Bayerische Geoinstitut mit der weltweiten geologischen Forschung vernetzt ist“, so Dr. McCammon.

Veröffentlichung:

Tingting Gu, Mingming Li, Catherine McCammon, Kanani K. M. Lee,
Redox-induced lower mantle density contrast and effect on mantle structure and primitive oxygen,
Nature Geoscience (2016), DOI: 10.1038/ngeo2772

Kontakt:

Dr. Catherine McCammon
Bayerisches Geoinstitut (BGI)
Universität Bayreuth
95440 Bayreuth
Telefon: +49 89) 921 55-3709
E-Mail: catherine.mccammon@uni-bayreuth.de

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

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Expedition ans Ende der Welt
29.11.2016 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lakkolithe können auch während eines Vulkanausbruchs entstehen
24.11.2016 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie