Seien Sie nicht wegen Verunreinigungen mit Diamanten unzufrieden! Vielleicht kann es das Geheimnis der tiefen Wasserquelle der Erde lüften

Seltene Diamanten deuten darauf hin, dass Wasser tiefer im Inneren der Erde liegt, als Wissenschaftler dachten

Zu den in Diamanten vorkommenden Mineralien gehören Ringwoodit, Enstatit und Ferroperikristallin. (Bildnachweis: Nathan D. Renfro und Tingting Gu)

Eine seltene Diamantart deutet darauf hin, dass Wasser möglicherweise tiefer in das Erdinnere vordringt, als Wissenschaftler bisher dachten.

Bereits jetzt sind 70 Prozent der Erdoberfläche mit Wasser bedeckt, und mehr als 322 Kilometer unter der Oberfläche ist in Mineralien eingeschlossenes Wasser vorhanden, unter anderem im Erdmantel, einer halbplastischen Schicht, die über der Erdkruste „schwimmt“. Wissenschaftler sind seit langem davon überzeugt, dass der Wassergehalt von Mineralien beim Übergang vom oberen Erdmantel zum heißeren, dichteren unteren Erdmantel dramatisch abnimmt.

In einer neuen Studie, die am 26. September 2022 in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht wurde, entdeckten Forscher jedoch Einschlüsse von mutmaßlich winzigen Fragmenten anderer Mineralien in einer Diamantart. Dieser Diamant könnte an der Grenze zwischen dem oberen und unteren Erdmantel existieren und mehr Wasser speichern können. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Wasser tiefer auf der Erde existieren könnte, als Wissenschaftler dachten, was unser Verständnis der Tiefenwasserzirkulation und der Plattentektonik beeinflussen könnte. Sie können viel mehr Wasser speichern und scheinen an der Grenze zwischen dem oberen und unteren Erdmantel zu liegen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Wasser tiefer auf der Erde existieren könnte, als Wissenschaftler dachten, was unser Verständnis der Tiefenwasserzirkulation und der Plattentektonik beeinflussen könnte.

Die Ergebnisse seien unerwartet gewesen, sagte Tingting Gu, der Hauptautor der Studie. Tingting Gu, der als Fellow der Gemological Society of New York City an der Studie mitwirkte, ist derzeit Mineralphysiker an der Purdue University in Indiana.

Gu und ihre Kollegen untersuchten Diamanten vom Typ IaB, die äußerst selten sind und aus der Karowe-Mine in Botswana stammen. Es entstand tief unter der Erde und blieb lange Zeit verborgen. Zur Untersuchung des Diamanten verwendeten sie zerstörungsfreie Analysemethoden, darunter die Raman-Mikrospektroskopie, bei der die physikalischen Eigenschaften eines Materials mithilfe von Lasern nichtinvasiv ermittelt werden, und die Röntgenbeugung, bei der die innere Struktur des Diamanten untersucht wird, ohne ihn aufzuschneiden.

Gu Tingting sagte, dass die Forscher unter den Einschlüssen von Diamanten ein Mineral namens Ringwoodit gefunden hätten, das die gleiche chemische Zusammensetzung wie Olivin habe und das Hauptmaterial des oberen Erdmantels sei, sich aber nur unter extremen Temperaturen und Drücken bilde. Erst 2014 entdeckten Wissenschaftler es in Meteoritenproben. Ringwoodit kommt typischerweise in der Übergangszone zwischen dem oberen und unteren Erdmantel vor, etwa zwischen 410 und 660 Kilometern unter der Erdoberfläche, weisen die Autoren der Studie darauf hin.

Bridgmanit und Ferroperiklas sind die Hauptmineralien im unteren Erdmantel, während der neu entdeckte Ringwoodit einen viel höheren Wassergehalt als diese aufweist.

Allerdings unterscheiden sich die Minerale, die den Ringwoodit umgeben, von denen in der üblichen Übergangszone, es handelt sich jedoch um typische Mineralformen des unteren Erdmantels. Da die Mineralien, die den Ringwoodit umgeben, ihre Eigenschaften aus der Tiefe der Erde behalten, können die Forscher die Temperaturen und Drücke zurückverfolgen, denen die Mineralien ausgesetzt waren. Sie schätzen, dass sich die Mineralien in einer Tiefe von etwa 660 Kilometern unter der Oberfläche nahe dem Rand dieser Übergangszone befinden. Die Analyse zeigte außerdem, dass Ringwoodit in einer hydratisierten oder wassergesättigten Umgebung dabei sein könnte, sich näher am unteren Erdmantel in Mineralien zu zersetzen. Dies lässt darauf schließen, dass Wasser möglicherweise von der Übergangszone bis in den unteren Erdmantel vordringen könnte.

Dieser 1,5 Karat schwere Diamant enthält Einschlüsse, die auf Mineralien hinweisen, die sich im unteren Erdmantel gebildet haben. (Fotoquelle: Tingting Gu)

Das Forschungsteam stellte fest, dass in früheren Studien zwar einige Mineralformen aus dem unteren Erdmantel in Diamanteinschlüssen gefunden wurden, die Materialkombination in diesem Einschluss jedoch einzigartig ist. Die Forscher sagten, dass sie auf Grundlage früherer Erkenntnisse nicht feststellen können, ob diese Mineralien auf das Vorhandensein wasserhaltiger Mineralien im unteren Erdmantel hinweisen. Da bisher noch niemand direkt Gesteinsproben aus einer Tiefe von etwa elf Kilometern unter der Erdoberfläche entnommen hat, handelt es sich bei dieser Entdeckung um eine der wenigen Quellen für Mineralien aus dem Erdmantel.

Gu Tingting sagte, die Ergebnisse könnten wichtige Auswirkungen auf das Verständnis des tiefen Wasserkreislaufs oder der Wasserzirkulation zwischen der Erdoberfläche und dem tiefen Erdinneren haben.

Gu Tingting wies außerdem darauf hin: „Wenn das Wasser tiefer gespeichert werden kann, verlängert sich die Zeitspanne der Wasserzirkulation tatsächlich.“ Dies bedeutet, dass die Erneuerung von Wasser länger dauert, wenn es tief unter der Erde gespeichert ist.

Die Erkenntnisse könnten auch Auswirkungen auf Modelle der Plattentektonik haben. Gu sagte, sie hoffe, dass die Wissenschaftler die Ergebnisse der Studie in Modelle einbeziehen könnten, die zeigen, wie sich Wasser im Erdmantel auf Prozesse wie Konvektionsströme im Erdinneren auswirkt. Dieser Strom erhitzt den Erdmantel ungleichmäßig, wodurch die heißeren Teile aufsteigen und die Erdplatten über Millionen von Jahren verschieben.

Obwohl Einschlüsse manchmal als Fehler angesehen werden, die einen Diamanten weniger begehrenswert machen, glaubt Gu, dass sie wertvolle wissenschaftliche Informationen liefern können.

„Wenn der Diamant, den Sie kaufen, Einschlüsse enthält, seien Sie nicht nervös, Sie wissen nie, was es sein könnte“, sagte Gu.

VON: Rebecca Sohn

FY: Kontinent

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