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Unter der erde wasser

Um zu diesem Schluss zu kommen, hat das Team sich angeschaut, was passiert, wenn ein Stein mit gebundenem Wasser tief in den Erdmantel sinkt. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen beispielsweise den Erdkern mittels seismischer Wellen.

Bisher war bekannt, dass Wasser von der Erdoberfläche in den Erdmantel gelangen kann, wenn tektonische Platten unter andere Platten tauchen.

„Wir haben mit dieser Studie nachgewiesen, dass die Übergangszone kein trockener Schwamm ist, sondern erhebliche Mengen Wasser speichert“, sagt Brenker. Wie aber kam das Wasser in den Erdmantel? Dadurch wird die Übergangszone, die ansonsten eher starr ist, zu einem neuen Antrieb für die Plattentektonik. Im oberen Erdmantel bindet es sich an Mineralien und senkt deren Schmelzpunkt ab – das führt zu noch mehr Schmelze, die noch mehr Wasser freisetzt.

Frank Brenker, Geologe vom Institut für Geowissenschaften an der Goethe-Universität Frankfurt und Beteiligter der Studie, erklärt: „Mit den abtauchenden Platten werden auch Tiefseesedimente huckepack mit ins Erdinnere transportiert.“ Diese würden unter anderem große Mengen Wasser und Kohlenstoffdioxid enthalten, die so in die Übergangszone gelangen.

In ihrer Studie, die in der Zeitschrift Nature Geoscience erschien, analysierten sie einen seltenen Diamanten aus Botswana, welcher aus der Übergangszone an der Grenze zum unteren Erdmantel stammt. Und welche Auswirkungen hat das?

Es ist in seine Wasserstoff- und Sauerstoff-Atome zerlegt und chemisch an das Gestein gebunden. Ein immenser Druck von 23.000 Bar sorgt in dieser Zone dafür, dass das Mineral Olivin, das rund 70 Prozent des oberen Erdmantels ausmacht, in zunehmender Tiefe seine Kristallstruktur verändert. Schmilzt das Gestein, wird es zu einem wasserreichen Schlamm.

„Sicher ist jedoch, dass es auf erstaunliche Weise gelungen ist, den durchschnittlichen Meeresspiegel der Erde in den letzten 500 Millionen Jahren – und wahrscheinlich noch länger – relativ konstant zu halten und so eine bewohnbare Umgebung für das Leben zu erhalten.“ (tab)

Doch das ist nicht alles: Auch tief im Erdmantel gibt es große Mengen an Wasser, wissenschaftliche Schätzungen gehen davon aus, dass es dort unten noch einmal ähnlich viel Wasser wie an der Oberfläche gibt.

Wissenschaftler suchen seit Jahrzehnten nach diesem fehlenden Tiefenwasser“, sagt Steven D. Jacobsen, ein Co-Autor der Studie, wie das Brookhaven National Laboratory berichtet.

Dies könnte auch zu neuen Erkenntnissen und Erklärungen für Naturereignisse über der Erde führen. Diese Einschlüsse weisen wiederum einen hohen Wassergehalt auf.

Mantelregen im Inneren der Erde: Wasser steigt nach oben

Wenn mehr Gestein schmilzt, wird mehr Wasser freigesetzt und das geschmolzene Material wird leicht genug, um aufzusteigen. Damals konnte erstmals ein wasserhaltiges Ringwoodit in einem Diamanten aus der Übergangszone nachgewiesen werden. Diese faszinierende Enthüllung könnte unser herkömmliches Verständnis vom Wasserkreislauf auf unserem Planeten nachhaltig verändern.

Gigantischer Wasserreservoir unter der Erde entdeckt

„Der Wasserkreislauf umfasst mehr als nur das Wasser, das zwischen Atmosphäre, Ozeanen und Oberflächengewässern zirkuliert.

Denn „geologische Prozesse auf der Erdoberfläche, wie Erdbeben oder Vulkanausbrüche, sind ein Ausdruck dessen, was sich im Inneren der Erde abspielt, außerhalb unserer Sicht.“

Quelle: „Dehydration melting at the top of the lower mantle“ (Science, 2014), Brookhaven National Laboratory

Wie ein unterirdischer Ozean die Lebensfreundlichkeit der Erde beeinflusst

Stand:

Von: Tanja Banner

Kommentare

Unter der Erde gibt es genauso viel Wasser wie in den oberirdischen Ozeanen.

Die Forschenden fanden heraus, dass das Gestein beim Absinken steigenden Temperaturen und höherem Druck ausgesetzt wird, dabei schmilzt und schließlich Wasser freisetzt.

Das Wasser im Inneren der Erde ist nicht flüssig. Dort soll sich ein gigantischer Wasserreservoir befinden. Dabei machten sie eine erstaunliche Entdeckung: In dem 1,5 Zentimeter großen Mineral aus 660 Kilometern Tiefe gibt es Wassereinschlüsse.

Denn das Wasser soll nicht in flüssiger Form im Erdinneren zu finden sein. „Sobald sie schwimmfähig wird, kann die Schmelze schnell durch den Erdmantel nach oben sickern“, schrieb das Forschungsteam in der Studie. Denn in der Übergangszone, die den oberen und den unteren Erdmantel voneinander trennt, befindet sich tatsächlich Wasser – vermutlich sogar in deutlich größeren Mengen als bisher erwartet.

„Es gibt eine Schicht etwa 410 Kilometer unter der Oberfläche, die eine Menge Wasser aufnehmen kann“, erklärte Andrault gegenüber dem Portal Popular Science. Dementsprechend waren die damaligen Ergebnisse nicht repräsentativ für den durchschnittlichen Erdmantel, da der Diamant auch aus einem chemisch exotischen Umfeld hätte stammen können.

Die neue internationale Studie umfasst nun beides: Untersuchungen zum Wassergehalt und zur chemischen Zusammensetzung des Diamanten aus Botswana.

Ein internationales Forschungsteam konnte diese Annahme nun endgültig bestätigen.

Im Erdmantel angekommen, könnte das Wasser dort sogar eingelagert werden.

Unterirdischer Ozean? Die Untersuchung seiner chemischen Zusammensetzung blieb allerdings aus, da der Stein zu klein war. Ein Kreislauf, der sich immer weiter fortsetzt und unter anderem das Wasservorkommen auf der Erde stabil hält.

Zunächst wandelt es sich ab 410 Kilometern Tiefe zum dichter gepackten Wadsleyit um, später dann – in 520 Kilometern Tiefe – zum Ringwoodit, einer noch dichter gepackten Struktur. Solange dieser im Gleichgewicht ist, bleibt die Erde feucht und lebensfreundlich.

Erforschung der Erde

Die Erforschung der Erde steht im Mittelpunkt der Geologie.

Durch den hohen Wassergehalt wird der Erdmantel dynamischer und weicher, da wasserhaltige Mantle Plumes bereits in der Übergangszone anfangen zu schmelzen – und nicht erst kurz vor der Erdoberfläche. Die Region erstreckt sich über den größten Teil des Landesinneren der Vereinigten Staaten Amerikas.

Lesetipp:Riesiges Loch an der Küste Mexikos: Forscher*innen konnten Boden noch nicht erreichen

Entdeckung bestätigt Theorien

Wissenschaftler*innen spekulieren schon lange, dass Wasser in den Gesteinsschichten des Erdmantels eingeschlossen ist.

„Wir müssen noch viel über den tiefen Wasserzyklus der Erde lernen“, betont Miyazaki. Bislang war allerdings nicht restlos klar, ob die Minerale der Übergangszone tatsächlich Wasser speichern.

Ein Diamant mit Wassereinschlüssen

2014 startete ein Forschungsteam einen ersten Anlauf zur Klärung dieser Frage. Stärkere Bewegungen der Platten sind die Folge, die dann wiederum öfter in die Übergangszone abtauchen – ein Kreislauf entsteht.

»Das beste Kindersachbuch des Jahres: Es ist unvorstellbar, dass Eltern diesen Schatz ›kampflos‹ ihren Kindern überlassen werden.«

Peter Pisa, Kurier, Wien

»Alles an diesem Buch ist groß und großartig.

Der Wasserkreislauf unserer Erde ist also viel größer als bisher angenommen – und umfasst auch unterirdisches Wasservorkommen. Was der französische Autor damals nicht ahnen konnte: Seine fiktive Annahme würde sich nicht einmal 200 Jahre später bewahrheiten. Er war an der Studie nicht beteiligt, erklärt jedoch gegenüber Popular Science, was er davon hält.

Trotzdem ist den Forschern mit dieser Entdeckung eine wahre Sensation gelungen. „Stellen Sie sich eine breiige Mischung aus aneinandergeklebten Sandkörnern mit Schlamm dazwischen vor – der Schlamm ist der Mantelregen“, beschrieb Andrault. Bisher dachte man, dass das Wasser für immer in dieser Schicht bleibt – doch das würde bedeuten, dass das Oberflächenwasser langsam weniger wird und im Mantel eingeschlossen bleibt.

In Stein gebundenes Wasser wird im Erdmantel freigesetzt

Doch dem ist offenbar nicht so, wie das Forschungsteam gezeigt hat.

Ein Geniestreich.«

Hans ten Doornkaat, NZZ am Sonntag

»Einmal quer durch die Erdkugel – ein gigantisches Wimmelbuch des Wissens.«

kulturzeit, 3sat

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Tania Greiner, natur

»Ein Wissensbuch für den Kopf und für die Augen.«

Kölnische Rundschau

»Ein Kinderbuch, das den Wissensdurst und die Fantasie gleichermaßen befriedigt.«

Falter, Wien

»Ein großartiges Buch für neugierige Menschen.«

Jutta Bummel, Buchhandlung Eulenspiegel

»Es gibt Bücher, die will man eigentlich nur mal kurz durchblättern – und dann liest und guckt man sich fest.

Gigantische Wassermengen im Erdmantel entdeckt

1864 beschreibt Jules Verne in einem der weltweit ersten Science-Fiction-Romane ein Meer im Erdinneren.

Stattdessen soll dieses im Gestein tief im Erdmantel gebunden sein. Das Wasservorkommen auf der Erde ist über die vergangenen Milliarden Jahre relativ stabil geblieben – in ihrer Studie zeigen Andrault und Bolfan-Casanova, dass der Mantelregen ausreichen könnte, um den Wasserzyklus im Gleichgewicht zu halten.

Mantelregen bringt Wasser an die Erdoberfläche

Das Modell des Mantelregens zeige, dass es noch einen anderen Weg geben könnte, Wasser an die Oberfläche zu transportieren, ist der Erdforscher Yoshinori Miyazaki überzeugt.

So könnte zwischen dem oberen und unteren Erdmantel ein riesiges Meer Platz finden – allerdings nicht in flüssiger Form, sondern eingeschlossen in Gestein. Ein Forschungsteam zeigt, wie die unterirdischen Ozeane zur Lebensfreundlichkeit der Erde beitragen.

Clermont-Ferrand – Knapp drei Viertel der Erdoberfläche sind von Wasser bedeckt.

Wir haben mit dieser Studie nachgewiesen, dass die Übergangszone kein trockener Schwamm ist, sondern erhebliche Mengen Wasser speichert.

von Frank BrenkerGeologe, Institut für Geowissenschaften an der Goethe-Universität Frankfurt

Bis zu sechsmal mehr Wasser als in allen Ozeanen der Erde

Die Übergangszone liegt zwischen 410 und 660 Kilometern Tiefe, zwischen dem oberen und dem unteren Erdmantel.

Dafür nutzen sie seismische Wellen von Erdbeben, um die Struktur der tiefen Kruste und des Erdmantels zu untersuchen.

„Ich denke, wir sehen endlich Beweise für einen Wasserkreislauf, der die gesamte Erde abdeckt, was helfen könnte, die riesigen Mengen an flüssigem Wasser auf der Oberfläche unseres bewohnbaren Planeten zu erklären.

Mantelregen ist der Begriff, den das Forschungsteam für das neu entdeckte Phänomen gewählt hat. Unter der Erde ist so ein Buch.«

Allgemeine Zeitung, Mainz

»Lehrreich, spaßig, prachtvoll illustriert – ein Buch für die ganze Familie, das lange Freude macht.«

Antje Scherer, Märkische Oderzeitung

»So viel ausgesprochen gut aufbereitete und dargestellte Sachinfomationen bekommt man selten geboten.«

leporello.ch

»Es ist alles drin in diesem großartigen Sachbuch.«

Katharina Mahrenholtz, NDR Info

»Ein anschauliches Sachbuch mit Tiefgang.«

Sabine Janssen, Rheinische Post, Düsseldorf

Fast 700 Kilometer unter der Oberfläche der Erde haben Forschende eine erstaunliche Entdeckung gemacht.

Dieser hat einen ‚supertiefen‘ Ursprung, er stammt direkt aus dem Kontaktbereich von der Übergangszone zum unteren Erdmantel.

Und die haben wiederum Einfluss auf die Plattentektonik. Durch Vulkanausbrüche oder hydrothermale Schlote kann Wasser wieder an die Oberfläche gelangen. Denn die Wassermenge ist so enorm, dass es sich um das größte bekannte Wasserreservoir unseres Planeten handeln könnte. Mithilfe von Raman-Spektroskopie und FTIR-Spektrometrie analysierte das deutsch-italienisch-amerikanische Forschungsteam unter der Leitung von Tingting Gu seine Eigenschaften.

Sie fanden heraus, dass der Stein zahlreiche Ringwoodit-Einschlüsse besitzt – die vorwiegende Struktur in diesen Tiefen.

Und nicht nur das: Die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung ergab, dass der Stein aus einem durchschnittlichen Stück Erdmantel stammt, weshalb die Wassereinschlüsse repräsentativ für die gesamte Schicht sind. Doch die oberirdischen und unterirdischen Ozeane sind nicht strikt voneinander getrennt, wie eine Studie aus dem Jahr 2022 gezeigt hat, die im Fachjournal Physics of the Earth and Planetary Interiors veröffentlicht wurde.

Wie Denis Andrault und Nathalie Bolfan-Casanova von der Universität Clermont-Auvergne in Frankreich herausgefunden haben, wird Wasser zwischen der Oberfläche und dem Erdmantel ausgetauscht.

Er reicht tief ins Erdinnere, wenn die ozeanische Kruste unter angrenzenden Krustenplatten abtaucht oder gleitet und in den Erdmantel absinkt und dabei Wasser mit sich nimmt, “ erklären die fünf Wissenschaftler aus den USA in einer Studie.

Dabei haben sie entdeckt, dass die sogenannte Mantelübergangszone, die 410 bis 660 Kilometer unter der Erdoberfläche liegt, als großes Wasserreservoir fungiert.

Der hohe Wassergehalt in der Übergangszone hat Auswirkungen auf sogenannte Mantle Plumes, also Aufströme heißen Gesteinsmaterials aus dem unteren Erdmantel.

Bekannt ist, dass es immer wieder zum Abtauchen von Erdplatten in die Übergangszone durch die Plattentektonik kommt. Doch die Autoren der Studie sind die ersten, die dies direkt nachweisen konnten.

Denn theoretisch sind die Minerale Wadsleyit und Ringwoodit in der Lage, gigantische Wassermengen zu speichern: mehr als die sechsfache Menge unserer Ozeane. Doch dies darf man sich den Forschenden zufolge nicht als Ozean vorstellen, wie wir diese auf der Oberfläche der Erde kennen.