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Überraschender Fund: Diamant enthält Wasser

13.03.2014

Wasserreservoir zwischen oberem und unterem Erdmantel?

Jules Verne hatte recht: Es gibt auch im Erdinneren erhebliche Mengen an Wasser. Das hat nun ein internationales ForscherInnenteam, dem auch der Mineraloge Lutz Nasdala von der Universität Wien angehört, erstmals bewiesen: Und zwar anhand eines Diamanten, der in Brasilien aus 600 Kilometern Tiefe zu Tage gefördert wurde. Das überraschende Ergebnis wird nun im renommierten Fachmagazin "Nature" publiziert.

Diamantkristall

Diamantkristall (knapp 5 mm groß) von Namaqualand, Republik Südafrika. Im Zentrum sieht man mehrere Mineraleinschlüsse, darunter einen grünen Chrom-Diopsid.

Copyright: Lutz Nasdala

Für einen Edelstein-Händler ist der etwa einen halben Zentimeter große brasilianische Diamant nicht einmal Tausend Euro wert – für die Wissenschaft hingegen unbezahlbar. Einer der vielen Einschlüsse, die den Diamanten schmutzig machen und seinen monetären Wert somit mindern, ist nämlich nass: "Damit haben wir erstmals bewiesen, dass es im Erdinneren Wasser gibt", so Lutz Nasdala, Leiter des Instituts für Mineralogie und Kristallographie an der Universität Wien.

Wo kommt unser Wasser her?

Bisher wurde angenommen, dass sich unsere Wasservorkommen auf die Atmosphäre und die Erdkruste beschränken. Immerhin ist es in hunderten Kilometern Tiefe doch viel zu warm für Wasser, oder?

Die Frage, ob es im Erdinneren Wasserreserven gibt, wird in Fachkreisen schon seit längerem kontrovers diskutiert. Es gibt die Theorie, dass sich in der Übergangszone zwischen dem oberen und unteren Erdmantel Wasser befindet. "Dafür haben wir nun erstmals einen Beweis geliefert", freut sich der Mineraloge.

Um einen Blick in das Erdinnere zu werfen, gibt es verschiedene Möglichkeiten: Die Analyse von Material aus Vulkanausbrüchen, Kontinentalbohrungen – die bisher jedoch "nur" bis zu etwa 17 Kilometer Tiefe durchgeführt werden konnten – oder die Analyse diamantführender Gesteine.

"Das sind z.B. Kimberlite, die Material – unter anderem auch Diamanten – aus hunderten Kilometern Tiefe wie in einem Fahrstuhl sehr schnell an die Oberfläche transportieren. Durch die hohe Geschwindigkeit des Transports bleiben die Diamanten als solche erhalten – bei langsamerem Aufstieg würden sie sich hingegen z.B. in Graphit umwandeln", erklärt Nasdala. So auch geschehen mit dem Edelstein, der nahe der brasilianischen Stadt Juina gefunden wurde und aus 600 Kilometern unter der Erdoberfläche stammt.

Analyse mit Spektrometer

Wenn ein Diamant wächst, so schließt er andere Phasen und Minerale als Verschmutzung in sich ein – klare, durchsichtige Diamanten sind für die Forschung eher uninteressant. "Wir suchen nach den Fehlern", betont der Mineraloge. Der winzige – ein Dreißigstel Millimeter große – Fehler, der sogenannte Einschluss, des brasilianischen Diamanten hat sich dabei als besonders wertvoll und außergewöhnlich erwiesen: Er enthält das Mineral Ringwoodit. 

Mit Hilfe des Ramanspektrometers am Institut für Mineralogie und Kristallographie hat der Experte, der bereits seit zehn Jahren mit Diamanten arbeitet, nachgewiesen, dass es sich bei dem Einschluss um das seltene Hochdruckmineral handelt: "Mit unserem Spektrometer können wir Einschlüsse im Mikrometer-Bereich genauestens analysieren, ohne den Diamanten, der den Einschluss zusammenhält, zu beschädigen." 

Erster terrestrischer Ringwoodit-Fund

Da Ringwoodit nur bei Höchstdruckbedingungen während einer Schock-Metamorphose entsteht, kommt er auf der Erde einzig in der Übergangszone zwischen dem oberen und unteren Erdmantel vor. "Bisher wurde dieses Hochdruck-Mineral jedoch nur in Meteoriten und noch nie in terrestrischen Proben nachgewiesen", so der Forscher. "Der eingeschlossene Ringwoodit in unserem Diamanten stellt den ersten direkten Nachweis für das terrestrische Vorkommen dieser Mineralphase dar", betont Nasdala. Nach den wochenlangen Untersuchungen an der Universität Wien machte sich der Diamant schließlich auf den Weg nach Bayreuth, wo er am Bayerischen Geoinstitut nochmals unter die Lupe genommen wurde.

Wasser im Erdinneren

Hier folgte die zweite Überraschung: Der Diamant stammt nicht nur aus ungewöhnlichen Tiefen und enthält den ersten Nachweis von Ringwoodit auf der Erde – es ist auch noch Wasser drin, und zwar viel. Das flüssige Nass im Kristallgitter des Ringwoodit deutet darauf hin, dass das Mineral in einer sehr feuchten Umgebung entstanden ist.

"Die Theorie, dass die heiße Schmelze im Erdmantel wasserfrei sei, haben wir damit widerlegt", bringt es der Wissenschafter auf den Punkt. Da die Übergangszone, aus der das Material stammt, hunderte Kilometer dick ist, könnten dort riesige Wassermengen lagern. "Unser größtes Wasserreservoir würde sich somit nicht auf sondern unter der Erde befinden", folgert Nasdala. Der französische Schriftsteller Jules Verne hatte in seinem Buch "Reise zum Mittelpunkt der Erde" aus dem Jahr 1864 also recht: Es gibt auch im Erdinneren erhebliche Mengen an Wasser.

Publikation in "Nature":
D.G. Pearson, F.E. Brenker, F. Nestola, J.C.R. McNeill, L. Nasdala, M.T. Hutchison, S. Matveev, K. Mather, G. Silversmit, S. Schmitz, B. Vekemans und L. Vincze: "A hydrous mantle transition zone indicated by ringwoodite included within diamond".
In: Nature 2014. DOI: 10.1038/nature13080

Wissenschaftlicher Kontakt
Univ.-Prof. Dr. Lutz Nasdala
Institut für Mineralogie
und Kristallographie
Universität Wien
1090 Wien, Althanstraße 14 (UZA II)
T +43-1-4277-532 20
lutz.nasdala@univie.ac.at

Rückfragehinweis
Mag. Alexandra Frey
Pressebüro der Universität Wien
Forschung und Lehre
1010 Wien, Universitätsring 1
T +43-1-4277-175 33
M +43-664-602 77-175 33
alexandra.frey@univie.ac.at

Veronika Schallhart | Universität Wien

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