Mechanismus erklärt bisher rätselhafte Präsenz von Helium und Argon im tiefen Erdmantel Erdmantel: „Dichte-Falle“ hielt leichte Elemente fest - scinexx | Das Wissensmagazin
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Mechanismus erklärt bisher rätselhafte Präsenz von Helium und Argon im tiefen Erdmantel

Erdmantel: „Dichte-Falle“ hielt leichte Elemente fest

Als die Erde jung war, gab das geschmolzene Gestein des Mantels alle leichten Elemente an die Atmosphäre ab – eigentlich. Warum aber im tiefen Mantel bis heute trotzdem noch Helium und Argon vorhanden sind, war unklar. Jetzt haben amerikanische Geoforscher in „Nature“ einen Mechanismus vorgeschlagen, der erklären könnte, wie es zu diesem Reservoir an leichten Elementen kam.

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Schon seit einiger Zeit ist bekannt, dass im Inneren der Erde ein großes Reservoir von leichten Elementen wie Helium und Argon existiert. Doch warum diese normalerweise durch Vulkanismus und andere geologische Prozesse in die Atmosphäre ausgasenden Stoffe im tiefen Mantel erhalten blieben, ist bis heute nicht bekannt. Denn zumindest die oberen Mantelschichten haben im Laufe der Erdgeschichte ihre Gase nahezu vollständig abgegeben. Der Hypothese nach muss der untere Mantel im Laufe der Erdgeschichte vom oberen isoliert worden sein und hat daher seine ursprüngliche Zusammensetzung behalten.

Wie können Gase trotz Schmelze erhalten bleiben?

„Wenn etwas schmilzt, erwarten wir, dass Gas freigesetzt wird und deshalb wurde angenommen, dass die gefangenen Elemente in einem ursprünglichen Reservoir erhalten geblieben sind, das niemals geschmolzen ist“, erklärt Cin-Ty Lee, Geowissenschaftler der Rice Universität. „Doch in den letzten Jahrzehnten wankt diese Vorstellung, denn es gibt Belege, die darauf hindeuten, dass der gesamte Mantel einst mindestens einmal geschmolzen war.“

Die Forscher der Rice Universität haben nun gemeinsam mit Kollegen der Universitäten Michigan und Kalifornien-Berkeley einen Mechanismus vorgeschlagen, der ein Schmelzen des Mantels erlaubt, aber trotzdem erklärt, wie die leichten Gase erhalten bleiben konnten. Demnach könnten spezifische Druck- und Temperaturverhältnisse vor rund 3,5 Milliarden Jahren zu einer Art „Dichte-Falle“ geführt haben.

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Schmelze dichter als normal

Während heute geschmolzenes Gestein im Mantel meist leichter ist als das feste Gestein und deshalb aufsteigt, muss es damals, in der Anfangszeit der Erde, umgekehrt gewesen sein. Unter den spezifischen Bedingungen eines sehr heißen Mantels entstanden sehr dichte Schmelzen, die nicht an die Oberfläche stiegen, sondern vor Ort stockten und allmählich auf den Grund des Mantels sanken. Mit ihnen blieben auch die in ihnen enthaltenen Gase unter der Erde gefangen. „Was wir vorschlagen, ist ein Mechanismus, bei dem die Dinge geschmolzen sein könnten, aber das Gas nicht entweicht, weil das geschmolzene Material nicht an die Oberfläche gelangt“, so Lee.

Hypothese könnte auch andere Phänomene erklären

Dieses Modell einer absinkenden Schmelze kehrt bisherige Vorstellungen über die Vorgänge im Erdinneren völlig um. Dafür aber kann es neben den „gefangenen“ Gasen auch verschiedene andere geochemische und geophysikalische Phänomene erklären, die bisher ebenfalls nicht in die konventionellen Modelle einbezogen werden konnten. „Ich hoffe, dies erzeugt eine Menge Interesse“, so Lee. „Es gibt seismische Methoden, die genutzt werden können, um diese Idee zu testen. Selbst wenn sie sich als falsch erweisen sollte, würden diese Tests einen Menge an neuer Informationen generieren.“

(Rice University, 22.02.2010 – NPO)

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