In Erdmantel und Erdkruste gibt es mehr Platin, Gold und andere wertvolle Metalle als dort vorhanden sein dürften. Denn gängiger Theorie nach müssten diese schweren Metalle bereits vor rund 4,5 Milliarden Jahren in das Erdinnere abgesunken sein. Eine mögliche Erklärung dafür, warum sie dennoch in den äußeren Schichten der Erde vorkommen, stellen jetzt britische Forscher im Fachmagazin „Nature“ vor. Die Edelmetalle seien vor etwa 3,8 bis 3,5 Milliarden Jahren durch Einschläge gewaltiger Meteoriten auf die Erdoberfläche gelangt, schreiben sie.
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„Die meisten der Edelmetalle, auf denen unsere Wirtschaft und viele wichtige industrielle Prozesse basieren, kamen durch einen glücklichen Zufall auf unseren Planeten – als die Erde von rund 20 Trillionen Tonnen Asteroidenmaterial getroffen wurde“, sagt Matthias Willbold von der University of Bristol, der Erstautor der Studie. Die aus dem All eingetragenen Elemente seien auf der Oberfläche des jungen Planeten abgelagert worden. Erst im Laufe der Zeit hätten sie sich mit dem Material der oberen Erdschichten vermischt.
3,8 Milliarden Jahre alte Gesteinsproben untersucht
Hinweise auf eine „Lieferung“ der schweren Elemente durch Meteoriten fanden die Wissenschaftler bei der Analyse von 3,8 Milliarden Jahre alten Gesteinsproben aus dem grönländischen Isua. Sie stammen aus der Zeit vor dem „großen Bombardement“, einer Phase, in der die junge Erde besonders häufig von Gesteinsbrocken getroffen wurde, die bei der Planetenbildung übrig geblieben waren.
Das vor den Einschlägen entstandene Gestein unterscheide sich in der Zusammensetzung seiner Wolfram-Isotope deutlich von allen später entstandenen Gesteinsformationen, schreiben die Forscher. Dieser Unterschied passe zur Theorie eines erst von Meteoriten eingetragenen Belags aus Edelmetallen, auch als „late Veneer“ -Theorie bekannt.
Erdkern als Sammelbecken schwerer Elemente
Nach gängiger Theorie erhielt die Erde erst kurz nach ihrer Entstehung vor gut 4,5 Milliarden Jahren ihre innere Struktur. Bei dieser sogenannten Differenzierung sanken Eisen und andere Elemente mit hoher Dichte in das noch glutflüssige Innere des Planeten ab.
Auch Gold, Platin und andere Edelmetalle müssen nach gängiger Vorstellung dabei größtenteils in die Tiefe gezogen worden sein. Forscher schätzen, dass dadurch allein im Erdkern genügend Edelmetalle enthalten sind, um die gesamte Erdoberfläche mit einer vier Meter dicken Metallschicht zu überziehen.
Elemente mit niedrigerer Dichte wie Silizium blieben bei diesem Prozess dagegen an der Oberfläche und bildeten Erdkruste und Erdmantel. Diese Außenschichten sollten heute in Bezug auf Edelmetalle eher verarmt sein. Stattdessen finde man aber zehntausendfach mehr dieser Metalle im Erdmantel als erwartet, sagen die Forscher.
Es habe schon länger die Vermutung gegeben, dass Meteoriten diese Metalle auf die Erde brachten, nachdem die Schichtenbildung der Erde schon abgeschlossen war. Ein Indiz dafür habe nun die neue Studie geliefert.
Atomzusammensetzung von Wolfram analysiert
Für ihre Studie extrahierten und analysierten die Forscher die atomare Zusammensetzung des Elements Wolfram in den grönländischen Gesteinsproben. Wie viele Elemente besteht auch Wolfram aus unterschiedlich schweren Atomen, den sogenannten Isotopen.
Angesichts des extrem geringen Gehalts von nur einem zehnmillionstel Gramm Wolfram pro Gramm Gesteinsmaterial sei die Extraktion extrem schwierig gewesen, berichten die Forscher. „Tatsächlich sind wir sogar das erste Labor, das erfolgreich so präzise Messungen durchgeführt hat“, sagt Willbold.
Die Wissenschaftler stellten fest, dass das Isotop Wolfram-182 in der urzeitlichen Gesteinsprobe 13-fach stärker vertreten war als in modernen Gesteinen aus Erdkruste oder -mantel. Das sei ein Hinweis darauf, dass dieses Wolfram-Isotop später durch einschlagendes Meteoritenmaterial quasi verdünnt wurde, sagen die Forscher. (Nature, 2011; DOI: 10.1038/nature10399)
(Nature / University of Bristol / dapd, 08.09.2011 – NPO)
