Ein verstecktes Element

  • 01. November 2017

Mangel an Niob in Erdkruste durch Untersuchungen an Asteroiden aufgeklärt.

Ergebnisse eines Forscherteams der Universität zu Köln und der Universität Bonn erlauben jetzt neue Einblicke in die Wachstums­phase der noch jungen Erde vor mehr als 4,5 Milliarden Jahren. Man weiß schon länger, dass die Erde durch Kollision von Asteroiden zu ihrer heutigen Größe gewachsen ist. Die neue Studie legt jetzt nahe, dass bei solchen planetaren Kollisionen die Metall­kerne der Asteroiden direkt mit dem Metallkern der jungen, noch flüssigen Erde verschmolzen sind. Dabei sind beträchtliche Mengen des seltenen Metalls Niob, das eigentlich komplett in der äußeren Silikat­hülle der Erde konzentriert sein müsste, verschwunden. „Das fehlende Niob befindet sich im Metall­kern der Erde, in einer Tiefe von mehr als 2900 Kilometern“ sagt der Geochemiker Carsten Münker aus Köln. „Wir wissen aber jetzt durch unsere Untersuchungen, dass es schon in den Asteroiden in deren Metall­kern gewandert ist“, ergänzt sein Kollege Raul Fonseca aus Bonn.

Abb.: Verteilung von Niob bei der Verschmelzung eines Planetesimalen mit der Erde (Bild: C. Münker et al.)

Abb.: Verteilung von Niob bei der Verschmelzung eines Planetesimalen mit der Erde (Bild: C. Münker et al.)

Die frühe Entstehungsgeschichte der Erde vor rund 4,5 Milliarden Jahren ist bislang noch nicht gut verstanden. Das liegt daran, dass die ältesten Gesteine auf der Erde nur etwa vier Milliarden Jahre alt sind, also gut 500 Millionen Jahre jünger. Geologen sind somit auf indirekte Zeit­zeugen angewiesen, um die Früh­geschichte der Erde zu entschlüsseln. So haben geologische Ereignisse aus der Geburts­phase der Erde ihre chemischen Spuren in viel jüngeren Gesteinen hinterlassen, zum Beispiel in Form von anomalen Gehalten an seltenen Spuren­elementen oder von Zerfallsprodukten längst zerfallener radio­aktiver Isotope.

Eine solche heiße Spur ist das seltene Metall Niob, das in Gesteinen nur in äußerst geringen Konzentrationen vorkommt (ein Gramm pro Tonne Gestein oder oft sogar noch weniger). Schon seit ungefähr zehn Jahren ist bekannt, dass in der äußeren Silikat­hülle der Erde, die sich aus Erdkruste und Erd­mantel zusammen­setzt, ungefähr zwanzig Prozent an Niob fehlen. Der Grund dafür war bislang nicht bekannt, es wurde aber schon lange spekuliert, dass dieser Anteil an Niob während der geologischen Früh­geschichte der Erde verloren gegangen sind.

Das Rätsel um das fehlende Niob auf der Erde ist jetzt gelöst. Forscher vom Institut für Geologie und Mineralogie in Köln und vom Steinmann Institut in Bonn führten extrem genaue Messungen der Gehalte an Niob in Meteoriten­bruchstücken aus dem Asteroiden­gürtel durch. „Diese Asteroiden sind die einzigen Überbleibsel aus der Frühzeit des Sonnen­systems vor mehr als 4,5 Milliarden Jahren“, erläutert Toni Schulz, jetzt an der Universität Wien, der viele der kostbaren Meteoriten­proben für die Studie vorab untersucht und ausgewählt hat. Alle größeren Planeten im Sonnen­system sind durch Kollision von solchen Asteroiden entstanden.

Dass das Element Niob oft im metallischen Kern von solchen Asteroiden in nennens­werten Mengen vorkommt, „entspricht nicht den geologischen Vorhersagen,“ sagt der Geo­chemiker Münker aus Köln. „Wir haben immer angenommen, dass das Element Niob nur in den silikat­reichen äußeren Hüllen von Asteroiden vorkommt, aber nicht in deren metallischen Kernen“. „Überraschender­weise zeigte sich im Labor, dass bei der Aufschmelzung solcher Asteroiden tatsächlich erhebliche Mengen an Niob in deren Metallkerne wandern können“ so der Petrologe Raúl Fonseca aus Bonn, der die Labor­experimente durchführte.

U. Köln / DE

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  • 30. November 2017

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