In Mantelgesteinen gebundenes Wasser stammt aus der frühen Erdgeschichte Urzeitliches Wasser im Erdmantel - scinexx | Das Wissensmagazin
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In Mantelgesteinen gebundenes Wasser stammt aus der frühen Erdgeschichte

Urzeitliches Wasser im Erdmantel

ünnschliffs von komatiitreicher Lava aus Kanada, in ihr wurden die Indizien für das urzeitliche Wasser gefunden. © A. Sobolev/ ISTerre.

So viel Wasser wie in den Ozeanen: Tief im Erdmantel liegt ein gewaltiges Reservoir von wasserreichen Mineralen. Wie alt dieses Wasser ist, haben Forscher jetzt anhand von chemischen Analysen urzeitlicher Gesteinseinschlüsse herausgefunden. Demnach muss dieses Reservoir bereits vor rund drei Milliarden Jahren in der Übergangszone des Erdmantels existiert haben, wie die Wissenschaftler im Fachmagazin „Nature“ berichten.

Schon seit einiger Zeit mehren sich die Hinweise darauf, dass es tief im Erdmantel ein gewaltiges Wasserreservoir gibt. Ein Indiz dafür war der Fund des Mantelminerals Ringwoodit, das Wasser als Hydroxyl-Molekül gebunden enthielt. Wenig später bestätigten auch seismische Messungen, dass in der Übergangszone zwischen oberem und unterem Erdmantel große Mengen Wasser gebunden sein könnten.

Unklar blieb jedoch, wann und wie dieses Wasser in die Tiefe gelangt ist. Alexander Sobolev von der Universität Grenoble und seine Kollegen haben dazu nun mehr herausgefunden. Für ihre Studie untersuchten sie Proben von 2,7 Milliarden Jahre altem Vulkangestein aus dem Nordosten Kanadas. Diese sogenannten Komatiite wurden einst bei extrem hohen Temperaturen im Mantel aufgeschmolzen und dann an die Oberfläche transportiert.

Das in Komatiit eingeschlossene Glas enthält einen signifikanten Anteil an Wasser aus dem tieferen Erdmantel. © A. Sobolev

Wasser in der Übergangszone des Mantels

Aus dem Wassergehalt und den Anteilen leicht flüchtiger Spurenelemente in winzigen Einschlüssen dieses Gesteins schließen die Forscher, dass schon vor knapp drei Milliarden Jahren Wasser in der Übergangszone von oberem und unterem Erdmantel vorhanden gewesen sein muss. Die gesamte dort gebundene Wassermenge könnte die aller heutigen Weltmeere übertreffen.

„Es handelt sich hier jedoch nicht um flüssiges Wasser, wie es sich Jules Verne in seinem Buch ‚Reise zum Mittelpunkt der Erde’ im Jahre 1864 vorstellte“, erläutert Koautor Maxim Portnyagin vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. „Das Wasser ist in Gesteinen des Erdmantels gebunden.“ Als das heiße Magma aufstieg, passierte es die Übergangszone und nahm Körnchen dieses wasserhaltigen Gesteins mit an die Oberfläche.

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Ursprung in der Frühzeit der Erde

Das hohe Alter der Einschlüsse bestätigt zudem, dass das Wasser nicht nachträglich durch absinkende Erdplatten an den Subduktionszonen in die Tiefe gelangt ist, sondern dass es aus dem tiefen Erdmantel stammen muss. „Aufgrund unser Befunde können sich die Gesteine nicht durch einen heutigen Subduktionsprozess gebildet haben“, so Portnyagin.

Schematische Abbildung der Bildung von Komatiit aus Erdmantelgestein © A. Sobolev

Wie aber kam das Wasser in den die Übergangszone des Erdmantels? Nach Ansicht der Forscher kommen dafür zwei Szenarien in Frage: Die Subduktion von Krustengestein könnte schon vor knapp drei Milliarden Jahren begonnen haben und damals Wasser aus oberen Schichten in die Tiefe transportiert haben. Oder aber das Wasser wurde bereits während der Entstehung der Erde im tiefen Mantel eingeschlossen. (Nature, 2016; doi: 10.1038/nature17152)

(GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, 05.04.2016 – NPO)

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