Geologen untersuchen die Herkunft flüchtiger Elemente Den Bausteinen der Erde auf der Spur

Die Geburt des Planeten Erde ist Gegenstand vieler Forschungsprojekte. So haben nun Geologen der Universitäten Köln und Bonn untersucht, wie sich die Elementzusammensetzung unseres Planeten besser abschätzen lässt. Dazu analysierten sie die Elemente in Meteoriten, die auch zur Entstehungszeit der Erde auf den Planeten eingeschlagen sein könnten.

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Köln, Bonn – Vor geschätzt 4,6 Milliarden Jahren ereignete sich im Weltall etwas, das für die Menschheit von großer Bedeutung war. Aus interstellarem Staub und zahlreichen Asteroiden formte sich in der Milchstraße der Planet Erde. Heute rätseln Wissenschaftler, wie genau unser Heimatplanet zusammengesetzt ist, also aus welchen Elementen er zu welchen Anteilen besteht.

Die chemische Zusammensetzung der Erde ist nämlich nicht leicht zu bestimmen. Geologische Prozesse wie die Bildung des metallischen Kerns und der äußeren Erdkruste haben dazu geführt, dass sich die Elemente im Erdkörper umverteilten. 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“, sagt Prof. Carsten Münker von der Universität Köln.

Hinweis auf Quelle lebenswichtiger Bausteine

Münker und sein Team hat gemeinsam mit Forschern der Universität Bonn in einer Studie die Häufigkeit und den Ursprung von so genannten flüchtigen Elementen genauer untersucht. Das sind Elemente 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 eine bestimmte Art von Meteoriten: Kohlige Chondrite, eine wasserhaltige Gruppe primitiver Meteorite. Diese kommen der Zusammensetzung des ursprünglichen Sonnennebels, aus dem sich unser Sonnensystem entwickelte, am nächsten. Die Studie liefert somit nicht nur einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der chemischen Zusammensetzung der tieferen Erdschichten. Sie gibt indirekt auch einen weiteren wertvollen Hinweis auf die Quelle lebenswichtiger Komponenten wie Wasser, Kohlenstoff und Stickstoff auf der Erde.

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Überraschende Erkenntnis für die flüchtigsten Elemente

Das Forschungsteam konzentrierte 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“, sagt 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 laut den Forschern die Schlussfolgerung: Die Bausteine, die vor Milliarden Jahren flüchtige Elemente auf die Erde gebracht haben, hatten wohl eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie die kohligen Chondrite, also die wasserhaltigen Meteorite.

Originalpublikation: Ninja Braukmüller, Frank Wombacher, Claudia Funk, Carsten Münker: Earth’s volatile element depletion pattern inherited from a carbonaceous chondrite-like source, Nature Geoscience 2019; DOI: 10.1038/S41561-019-0375-X

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