Die Bausteine der Erde: Forschungsteam berechnet Häufigkeit flüchtiger Elemente neu Die Bausteine der Erde: Forschungsteam berechnet Häufigkeit flüchtiger Elemente neu

Im Fokus der Studie steht die Häufigkeit und der Ursprung von so genannten flüchtigen Elementen wie Zink, Blei und Schwefel, die im Weltraum niedrige Siedetemperaturen haben. Die neu bestimmten Häufigkeiten von flüchtigen Elementen in der Erde zeigen nun, dass einige dieser Bausteine eine ähnliche chemische Zusammensetzung haben wie kohlige Chondrite, eine wasserhaltige Gruppe primitiver Meteorite. Diese Meteorite kommen der Zusammensetzung des ursprünglichen Sonnennebels, aus dem sich unser Sonnensystem entwickelte, am nächsten. Die Studie liefert also indirekt auch einen weiteren wertvollen Hinweis auf die Quelle lebenswichtiger Komponenten wie Wasser, Kohlenstoff und Stickstoff auf der Erde.

Die chemische Zusammensetzung der Erde ist nicht leicht zu bestimmen. Geologische Prozesse wie die Bildung des metallischen Kerns und der äußeren Erdkruste führten zu einer Umverteilung der Elemente im Erdkörper. So sind etwa eisenliebende Elemente in den Erdkern gewandert, während silikatliebende Elemente die Gesteine des Erdmantels und der Erdkruste aufbauen. „Heute haben wir nur Zugriff auf Proben aus dem silikatischen Teil der Erde, weshalb wir die chemische Zusammensetzung der gesamten Erde nur durch die zusätzliche Analyse von primitiven Meteoriten, den potentiellen Bausteinen der Erde, abschätzen können“, so der Kölner Professor Carsten Münker. Die aktuelle Publikation liefert einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der chemischen Zusammensetzung der tieferen Erdschichten.

Das Forschungsteam fokussierte sich bei den Untersuchungen der Meteoriten auf die Häufigkeit von flüchtigen Spurenelementen, wie z.B. die seltenen Metalle Indium, Cadmium und Tellur. Dies ist eine besondere Herausforderung, da diese Metalle aufgrund ihrer Flüchtigkeit schon zu Beginn des Sonnensystems teilweise verloren gegangen sind und heute sowohl in Meteoriten als auch in der Erde extrem selten vorkommen – weniger als ein Gramm pro Tonne Gestein. „Bisher sind wir immer davon ausgegangen, dass die Häufigkeit dieser Elemente linear abnimmt, je flüchtiger sie sind“, erklärt der Geochemiker Dr. Frank Wombacher, einer der Initiatoren der Studie.

Durch den Einsatz hochpräziser Methoden gelangten die Wissenschaftler nun aber zu einem überraschenden Ergebnis. „Während die Häufigkeiten zunächst linear abnehmen, sind die flüchtigsten Elemente überraschenderweise entgegen der Erwartungen alle gleich stark verarmt“, erläutert Ninja Braukmüller, die als Doktorandin die Studie in Köln durchführte. Auch die silikatliebenden flüchtigen Elemente im Erdmantel, Indium und Zink, zeigen dieses Muster. „Dies scheint unter den möglichen Bausteinen der Erde einzigartig zu sein“, sagt Dr. Claudia Funk, eine Mitautorin der Studie. Das erlaubt die Schlussfolgerung, dass die Bausteine, die flüchtige Elemente auf die Erde gebracht haben, eine ähnliche chemische Zusammensetzung haben wie die primitiven kohligen Chondrite haben.

Publikation: Ninja Braukmüller, Frank Wombacher, Claudia Funk, Carsten Münker: Earth’s volatile element depletion pattern inherited from a carbonaceous chondrite-like source, Nature Geoscience, http://dx.doi.org/10.1038/S41561-019-0375-X