Diamanten lassen tief blicken

  • 26. January 2018

Winzige Einschlüsse von Mineralen helfen, chemische Prozesse im Innern der Erde aufzuklären.

Bernstein ist für seine Einschlüsse von Tieren und Pflanzen bekannt, die den Biologen Forschungs­reisen in frühere Erdzeit­alter ermög­lichen. In ähnlicher Weise sind in Diamanten oft Spuren von Mineralen enthalten, die den Geo­wissen­schaftlern Einblicke in die Tiefen der Erde ermög­lichen. Wenn hier Diamanten wachsen, dringen Minerale aus ihrer Umgebung ein und werden darin einge­schlossen. Der chemische Zustand der Minerale bleibt unver­ändert erhalten, selbst wenn die Diamanten – beispiels­weise durch vulka­nische Erup­tionen – in die Erdkruste und weiter bis an die Erdober­fläche gelangen. Zu diesen Mineralen zählen auch verschie­dene Arten von Granat.

Abb.: Diamant aus rund 500 Kilometern Tiefe: Die beiden Einschlüsse von orangefarbenem Granat im Vordergrund sind jeweils etwa 200 Mikrometer lang. (Bild: J. W. Harris, U. Glasgow)

Abb.: Diamant aus rund 500 Kilometern Tiefe: Die beiden Einschlüsse von orangefarbenem Granat im Vordergrund sind jeweils etwa 200 Mikrometer lang. (Bild: J. W. Harris, U. Glasgow)

Erstmals wurden nun Granat-Einschlüsse in Diamanten ana­lysiert, von denen bereits bekannt war, dass sie aus unter­schiedlichen Tiefen zwischen 260 und 500 Kilo­metern unterhalb der Erdober­fläche stammen. Forscher des Bay­erischen Geoins­tituts der Univer­sität Bayreuth und der Univer­sität Oxford haben diese röntgen­kristallo­graphischen Unter­suchungen koor­diniert, die zu einem großen Teil an den Elek­tronen-Synchrotron­anlagen in Hamburg (DESY) und Grenoble (ESRF) durch­geführt wurden. Wie sich heraus­stellte, unter­scheiden sich die Eisen­anteile im Granat erheblich: Das Eisen ist umso stärker oxidiert, je tiefer die Erd­schichten sind, aus denen es stammt. Die oxi­dierten Eisen­atome besitzen eine geringere Zahl von Elek­tronen, müssen also in großer Tiefe von ungefähr 500 Kilo­metern Elek­tronen an die Umgebung abgeben haben.

„Wir haben starke Indizien dafür gefunden, dass in dieser Übergangs­zone zwischen dem oberen und dem unteren Erdmantel Redox­reaktionen statt­finden, bei denen Elektronen von Eisen­atomen auf benach­barte Kohlenstoff­atome über­tragen werden. Diese Prozesse fördern die Entstehung von neuen Diamant­kristallen“, sagt Catherine McCammon vom Bay­erischen Geo­institut. „Im Hinblick auf diese Prozesse leisten unsere Daten auch einen Beitrag zur Aufklärung des Kohlenstoff­kreislaufs der Erde, der sich vom Erdinnern bis in die Atmo­sphäre erstreckt und über weite Strecken bis heute erst ansatz­weise erforscht ist“, ergänzt BGI-Forscher Leonid Dubro­vinsky.

U. Bayreuth / JOL

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