Ein Forscherteam um Helen Williams von der ETH Zürich hat einen neuen Ansatz entwickelt, um die chemische Entwicklung der Erde zu enträtseln. Die Forscher wiesen nach, dass das Verhältnis der Eisen-Istope mit der Massenzahl 57 und 54 anzeigt, in welchem Oxidationszustand sich das Eisen einmal befand.
Eisen kann in Mineralien in zwei verschiedenen Zuständen vorkommen: Entweder als zweifach oder als dreifach positiv geladenes Ion. Unter heutigen Bedingungen verwandelt sich Eisen an der Luft sofort in Rost, das rote Eisenoxid Hämatit (Fe2O3). In dieser Verbindung ist das so genannte dreiwertige Eisen enthalten. Wenn weniger Sauerstoff vorhanden ist, wird das Eisen nicht so stark oxidiert und es bilden sich Mineralien mit zweiwertigem Eisen, zum Beispiel Magnetit (Fe3O4) oder Pyrit (FeS2).
Williams und Kollegen berichten jetzt im Wissenschaftsmagazin Science (Bd. 304, S. 1656), dass sich die schweren Eisenisotope bevorzugt in Verbindungen mit dreiwertigem Eisen ablagern, die leichten dagegen in Verbindungen mit zweiwertigem Eisen. Das wiesen sie mit Hilfe eines speziellen Verfahrens der Massenspektrometrie nach. Die Forscher bestimmten das Verhältnis von schweren zu leichten Eisen-Atomen bei Proben des Minerals Spinell, das im Erdmantel häufig vorkommt.
Nun hoffen Williams und ihre Kollegen, den Oxidationszustand des Eisens auch bei uralten Gesteinen herausfinden zu können, die sich im Laufe der Erdgeschichte stark verändert haben: Auch wenn das Eisen heute in einem anderen Zustand vorliegt, bleibe in den Isotopen die Information über die ursprüngliche Oxidationsstufe erhalten, so die Forscher.
Die Geschichte des Eisens spiegelt unter anderem die Geschichte der Erdatmosphäre und des Erdkerns wider. In der Uratmosphäre gab es keinen Sauerstoff, so dass das Eisen damals hauptsächlich in zweiwertiger Form vorlag. Der Erdkern hätte sich womöglich gar aus dem Erdmantel abscheiden können, wenn das Eisen damals schon in dreiwertiger Form vorgelegen hätte. Die Forscher um Williams spekulieren deshalb, dass sich die äußere oxidierte Schicht der Erde erst an der Erde anlagerte, nachdem der Kern schon entstanden war.
Ute Kehse
