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Kohlenstoff der Erde könnte von fernen Meteoriten stammen
Woher stammt der Kohlenstoff unseres Planeten? Isotopenmessungen an winzigen Magmaeinschlüssen aus Hawaii liefern nun Hinweise auf eine späte Lieferung aus dem äußeren Sonnensystem. In bestimmten Laven ist der Anteil des schweren Kohlenstoffisotops ¹³C auffällig hoch. Das könnte auf Material aus dem Erdkern hindeuten, das einst durch kohlenstoffreiche Meteoriten dorthin gelangte.
New Haven (U.S.A.). Kohlenstoff ist ein Grundbaustein des Lebens und vieler chemischer Kreisläufe auf der Erde. Doch aus welchen Regionen des jungen Sonnensystems das Element ursprünglich kam, ist weiterhin umstritten.
Eine Antwort könnte im Innersten unseres Planeten verborgen liegen, denn der Erdkern gilt als dessen größtes Kohlenstoffreservoir. Direkt beproben lässt sich dieses metallische Reservoir nicht, und seine Isotopenzusammensetzung war deshalb bisher kaum abschätzbar.
Forscher der Columbia University um Dr. Yves Moussallam haben nun winzige Schmelzeinschlüsse in Kristallen hawaiianischer Lava untersucht. Solche eingeschlossenen Magmatropfen bewahren chemische Signaturen aus einer Phase, bevor die aufsteigende Schmelze größere Mengen Gas verlor.
Die Proben stammen unter anderem von Eruptionen am Kīlauea Iki im Jahr 1959 und von den Keanakākoʻi-Ausbrüchen zwischen 1500 und 1840. Entscheidend war der Vergleich von Schmelzen, die nach geochemischer Interpretation aus verschiedenen Bereichen einer heißen Aufstiegsströmung des Erdmantels stammen.
Für Laven der Schildbildungsphase, die den zentralen Bereich dieses sogenannten Mantelplumes abbilden sollen, ergab sich ein ursprünglicher δ¹³C-Wert von −1 ± 2 Promille. Die späteren Laven aus seinem Randbereich zeigten dagegen −7 ± 2 Promille und damit eine für den Erdmantel typische Zusammensetzung. Höhere δ¹³C-Werte weisen auf einen größeren relativen Anteil des schwereren Kohlenstoffisotops ¹³C hin.
Der ungewöhnliche Isotopenwert in den zentralen Plumeproben könnte auf einen Stoffaustausch an der Grenze zwischen Erdkern und Mantel hinweisen. Denn der zentrale Aufstrom wird mit dieser tief liegenden Grenzschicht in Verbindung gebracht, während seine Randbereiche zusätzlich gewöhnliches Mantelmaterial aufnehmen sollen.
„Das ist die erste auf Beobachtungen gestützte Abschätzung der Isotopenzusammensetzung von Kohlenstoff im Erdkern“, erklärt Damanveer Grewal von der Yale University.
Die neue Schätzung beruht somit nicht auf einer direkten Probe des Erdkerns, sondern auf dem Vergleich unterschiedlich geprägter Laven. Ob das schwere Kohlenstoffsignal tatsächlich aus dem Kern stammt, hängt auch von der Interpretation der Herkunft dieser Schmelzen ab.
„Wir interpretieren das als Kohlenstoff, der aus dem Erdkern austritt“, sagt Grewal.