Lebensspendende Gesteine aus 250 Kilometern Tiefe
Minerale dienen als Sauerstoffspeicher - und sorgen dafür, dass die Erde nicht zur Wüste wird
Hätte unser Planet nicht die Fähigkeit, Sauerstoff in den Tiefen ihres Mantels zu speichern, gäbe es auf ihm vermutlich kein Leben. Zu diesem Schluss kommen Wissenschaftler der Universität Bonn, die im Labor das Mineral Majorit unter die Lupe genommen haben. Majorit kommt normalerweise nur in mehreren hundert Kilometern Tiefe unter hohen Drücken und Temperaturen vor. Die Bonner Forscher konnten nun zeigen, dass das Mineral unter diesen Bedingungen als "Sauerstoffspeicher" fungieren kann. In der Nähe der Erdoberfläche zerfällt es; der Sauerstoff wird frei und verbindet sich mit Wasserstoff aus dem Erdinnern zu Wasser. Ohne diesen Mechanismus wäre der "blaue Planeten" wohl ebenso trocken und lebensfeindlich wie der Mars.
Der sprichwörtlich "feste Boden" unter unseren Füßen ist eigentlich in stetigem Fluss: An den Grenzen zwischen den Kontinentalplatten, in den so genannten Subduktionszonen, taucht er viele hundert Kilometer ins Erdinnere ab. Dabei nimmt er auch Sauerstoff mit sich, der im Erdmantel als Eisenoxid gebunden ist und der noch aus den grauen Urzeiten des Universums stammt.
Tief unter der Erdoberfläche herrschen hohe Drücke und Temperaturen; das Mantelmaterial schmilzt. Das Eisenoxid durchläuft dabei eine chemische Metamorphose: Der darin gebundene Sauerstoff wird dadurch gewissermaßen reaktionsfähiger. Zudem wechselt er sein Transportmittel und wird in das exotische Mineral Majorit eingebaut, das nur in diesen Tiefen vorkommt. "Je höher der Druck, desto mehr Sauerstoff kann Majorit speichern", erklärt Professor Dr. Christian Ballhaus vom Mineralogischen Institut der Universität Bonn.
Sauerstoff fährt Fahrstuhl
Auch im Majorit fährt der Sauerstoff gewissermaßen Fahrstuhl - diesmal allerdings in umgekehrte Richtung: Wie warme Luft über der Heizung steigt das Mineral auf - Experten sprechen von Konvektion. In der Nähe der Erdoberfläche wird der Druck im Mantel zu schwach; das Majorit zerfällt. "Der gespeicherte Sauerstoff wird dabei frei", erläutert Ballhaus, der diesen Mechanismus zusammen mit seinen Mitarbeitern erstmals im Labor genau untersucht hat. "Er steht damit nahe der Oberfläche für alle Oxidationsreaktionen zur Verfügung, die Leben auf der Erde erst ermöglichen."
So dünstet die Erde permanent Wasserstoff aus, der sich mit dem Sauerstoff zu Wasser verbindet. Ohne den "Sauerstoff-Fahrstuhl" in ihrem Mantel wäre die Erde vermutlich ein lebensfeindlicher Wüstenplanet. "Planeten unter einer gewissen Mindestgröße haben nach unseren Ergebnissen kaum eine Chance, eine stabile wasserreichen Atmosphäre zu bilden", resümiert Arno Rohrbach, Doktorand am Mineralogischen Institut. "Der Druck im Erdmantel reicht bei ihnen einfach nicht aus, um genügend Sauerstoff im Gestein zu speichern und an der Oberfläche wieder abzugeben."
Bollwerk gegen den Sonnenwind
Je größer ein Planet, desto größer ist auch seine Fähigkeit, Wärme zu speichern. Entsprechend langlebiger und intensiver ist somit die Konvektion in seiner Hülle. Der Mars beispielsweise mit seinen knapp 7.000 Kilometern Durchmesser (der Erddurchmesser beträgt 12.700 km) hat sich längst soweit abgekühlt, dass sich in seinem Mantel nichts mehr bewegt. "Damit hat seine Hülle auch die Fähigkeit verloren, Sauerstoff zu transportieren und eine wasserreiche Atmosphäre auf Dauer zu erhalten", erklärt Ballhaus.
Auch in anderer Hinsicht ist die Größe eines Planeten für die Entstehung einer Atmosphäre entscheidend: Nur wenn die Temperaturen in seinem Innern so hoch sind, dass in ihm ein flüssiger Metallkern existiert, hat er auch ein Magnetfeld. Das Magnetfeld fungiert aber gewissermaßen als Bollwerk für den Sonnenwind, der sonst die Atmosphäre mit der Zeit einfach fortblasen würde.
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