Ein bedeutender Wasservorrat könnte fast an der Grenze zwischen dem Erdmantel und dem Erdkern verborgen sein.
Dieses Wasser würde allerdings weder einen See noch einen unterirdischen Ozean bilden. In solchen Tiefen können Sauerstoff und Wasserstoff, die Bestandteile des Wassers, direkt in die Struktur bestimmter Mineralien gelangen. Forschern ist es nun gelungen, zwei Eisenverbindungen herzustellen, die diese Elemente unter den extremen Bedingungen des tiefen Erdmantels festhalten können.
Weltkarte des Wärmeflusses aus dem Erdinneren.
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Um herauszufinden, was so tief unter unseren Füßen existieren kann, reproduzierte das Team im Labor Drücke und Temperaturen, die denen in den großen Tiefen nahekommen. Die Proben wurden zwischen Diamantspitzen komprimiert und anschließend mit einem Laser erhitzt. Die Experimente erreichten 78 bis 198 Gigapascal und etwa 2.127 bis 2.527 °C.
Unter diesen Bedingungen bildeten sich zwei neue Eisenoxyhydroxide. Hinter diesem Namen verbergen sich Mineralien, die Eisen, Sauerstoff und Wasserstoff enthalten. Eine der beiden Verbindungen kann besonders große Mengen dieser Elemente aufnehmen.
Auch ihre Dichte verändert die Situation. Diese Mineralien sind schwer genug, um abzusinken und sich an der Basis des Erdmantels anzusammeln, die sich fast 2.900 Kilometer unter der Oberfläche befindet. Sie könnten daher seit den frühen Zeiten unseres Planeten Sauerstoff und Wasserstoff bewahrt haben. Außerdem könnten sie Wasser einschließen, das durch die Bewegungen der Erdplatten in die Tiefe gelangt ist.
Diese Möglichkeit interessiert Geologen aus einem weiteren Grund. Direkt über dem Erdkern durchqueren Erdbebenwellen manchmal Regionen deutlich langsamer als andere. Die Forscher nennen sie Ultratiefgeschwindigkeitszonen. Ansammlungen dieser Mineralien könnten zu einigen dieser Anomalien beitragen.
So tief gespeichertes Wasser wäre nicht zwangsläufig für immer eingeschlossen. Wenn diese Materialien durch den Erdkern erhitzt werden, könnten sie Wasser und andere Stoffe in Gesteine freisetzen, die langsam aufsteigen. Dieser Mechanismus könnte eine Verbindung zwischen einem sehr tiefen Reservoir und bestimmten mit Vulkanismus verbundenen Mantelplumes herstellen.
Eine große Unbekannte bleibt jedoch: Diese beiden Mineralien wurden im Labor hergestellt, aber ihr natürliches Vorkommen im Erdmantel wurde bislang noch nicht nachgewiesen. Die nächsten Experimente müssen klären, unter welchen Bedingungen sie entstehen und wie viel Sauerstoff und Wasserstoff sie im Laufe der Erdgeschichte tatsächlich bewahren können.