Tiefe Wasser - Eis-Einschlüsse in Diamanten entdeckt

Las Vegas (USA) - Wasser ist eine wesentliche Grundlage für Leben auf der Erde. Doch auch hunderte Kilometer tief unter der Oberfläche spielt es eine wichtige Rolle für geologische Prozesse wie etwa den Vulkanismus. Der Nachweis einer der tiefsten Wasservorkommen überhaupt gelang nun einer internationalen Forschergruppe. In Diamanten aus bis zu 660 Kilometer Tiefe – den Beginn des unteren Erdmantels – entdeckten sie Einschlüsse von Wasser. Wie die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „Science“ berichten, nimmt das von den Edelsteinen umhüllte Wasser eine spezielle, kubische Struktur – Eis-VII genannt – ein.

„Diese Vorkommen und Konzentrationen von Wasser in der sogenannten Übergangszone und im unteren Erdmantel spielen eine große Rolle im Wasserhaushalt der Erde“, sagt Oliver Tschauner von der University of Nevada in Las Vegas. Zusammen mit seinen Kollegen analysierte er Diamanten aus Botswana, China, Sierra Leone und der Demokratischen Republik Kongo, vormals Zaire. Dazu nutzten die Forscher stark fokussierte Röntgenstrahlung der Synchrotronstrahlungsquelle Advanced Photon Source in Lemont nahe Chicago.

Die Röntgenstrahlung wurden von den Diamanten mit dem eingeschlossenen Wasser auf charakteristische Weise gebeugt. Aus den Beugungmustern konnten Tschauner und Kollegen auf die Mikrometer kleinen Einschlüsse von Eis-VII und deren unter hohem Druck stabilen kubischen Struktur zurückschließen. So klein die Einschlüsse sein mögen, könnten sich alle Wasseranteile wegen der größeren Masse des Erdmantels im Vergleich zur dünnen Erdkruste zu signifikanten Mengen aufsummieren.

Bereits vor vier Jahren entdeckten kanadische Geowissenschaftler in brasilianischen Diamanten aus etwa 500 Kilometer Tiefe chemisch gebundenes Kristallwasser. Ausgehend von den damaligen Messergebnissen sollte es in einer Tiefe von 520 bis 660 Kilometern so viel Wasser geben wie in allen Ozeanen an der Oberfläche versammelt ist. Die neue Entdeckung reicht nun mit dem Nachweis von Wassereinschlüssen in Diamanten aus der äußeren Schicht des unteren Erdmantels noch weiter.

Da Oliver Tschauner und Kollegen Diamanten aus Asien und Afrika untersucht hatten, kann auch von einem globalen Phänomen ausgegangen werden. Der Ursprung des Wassers liegt wahrscheinlich im Abtauchen von ozeanischer unter kontinentaler Erdkruste in sogenannten Subduktionszonen. Wegen der im Erdmantel herrschenden Drücke von Dutzenden Gigapascal konnte es selbst bei Temperaturen von 1200 bis 1400 Grad Celsius während der Bildung der Diamanten in der Form von Eis-VII eingeschlossen werden. Geophysiker gehen davon aus, dass die Wasservorkommen im Erdmantel für das Fließverhalten der heißen Gesteine und die Entstehung von Magma eine entscheidende Rolle spielen.