Aus dem Inneren unseres Planeten könnte ein seit Milliarden Jahren eingeschlossenes Element entweichen und schließlich durch Vulkane an die Oberfläche gelangen.
Um das zu verstehen, muss man zur Entstehung der Erde zurückgehen. Unser Planet war damals größtenteils von einem Ozean aus geschmolzenem Gestein bedeckt. Beim Abkühlen bildete dieses Material den Mantel, die dicke Schicht zwischen der Erdkruste und dem metallischen Kern.
Die Erde im Querschnitt.
Bild: Argonne National Laboratory / Flickr / CC 2.0
Auch heute steigen manchmal Gesteine aus der Tiefe auf und speisen Vulkane. Einige Laven, insbesondere in Island und auf der Baffininsel in der kanadischen Arktis, weisen eine erstaunliche chemische Zusammensetzung auf. Sie enthalten einen ungewöhnlich geringen Anteil einer besonderen Form von Wasserstoff: Deuterium.
Wasserstoff kommt tatsächlich in mehreren Formen vor. Die häufigste ist sehr leicht. Deuterium ist etwas schwerer, weil sein Kern ein zusätzliches Neutron besitzt. Indem sie deren Anteile in den Gesteinen vergleichen, können Forschende Hinweise auf den Ursprung ihres Materials finden.
Für diese ungewöhnlichen Laven gab es zwei Erklärungen. Die erste ging davon aus, dass ihre Zusammensetzung bereits bei der Entstehung des Mantels festgelegt worden war, als der Ozean aus geschmolzenem Gestein erstarrte. Die zweite nahm an, dass alter Wasserstoff im Laufe der Zeit aus dem metallischen Kern entweicht und in den Mantel gelangt.
Schematisches Modell zum Ursprung der festgestellten Anomalien.
Um zwischen den beiden Erklärungen zu unterscheiden, simulierte ein Forschungsteam die Bedingungen, die im Inneren der jungen Erde herrschten. Die Berechnungen zeigen, dass die Abkühlung des Magmaozeans allein nicht ausreicht, um die geringen Deuteriummengen zu erklären, die in einigen Laven gemessen wurden.
Ein weiterer Hinweis weist in dieselbe Richtung: Diese Gesteine weisen mitunter einen ungewöhnlichen Anteil an Helium-3 auf, einer seltenen Form von Helium, die seit der Entstehung der Erde in deren Tiefen erhalten geblieben sein könnte. Das Zusammenspiel dieser beiden Signaturen macht die Hypothese eines aus dem Kern stammenden Beitrags überzeugender.
Falls dieses Entweichen tatsächlich stattfindet, könnte es seit Milliarden Jahren andauern. Die Forschenden müssen nun verstehen, wie der Wasserstoff diese Grenze in Tausenden Kilometern Tiefe unter unseren Füßen überwinden könnte. Die chemische Geschichte der Erde könnte somit mit tiefen Stoffaustauschen verbunden sein.