Die Welt der Geowissenschaften ist wieder in Ordnung: Ein Experiment, das 1998 Zweifel am Standardmodell des chemischen Aufbaus der Erde aufgeworfen hatte, konnte jetzt entkräftet werden, wie zwei Forschergruppen um Reini Boehler vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz und Sang-Heon Shim von der Princeton University in New Jersey jetzt im Wissenschaftsjournal Nature berichten.
In 660 Kilometern Tiefe ändern sich einige physikalische Eigenschaften des Erdmantels abrupt: So nimmt die Dichte sprunghaft zu, und auch die Geschwindigkeit seismischer Wellen, die bei Erdbeben entstehen, steigt jäh an. Das führten Geowissenschaftler schon seit Jahrzehnten auf eine Veränderung der Kristallstruktur des Minerals Spinell zurück. Bei dem hohen Druck, der in 660 Kilometern Tiefe herrscht, verwandelt es sich in Perwskit. Das hatten auch Laborversuche bestätigt. Dabei wurden Proben des Minerals in einem Amboss aus Diamant hohen Drücken und Temperaturen ausgesetzt und später untersucht.
1998 konnten Proben mit Hilfe von Röntgenstrahlen erstmals während des Versuchs beobachtet werden. Dabei zeigte sich, dass der Phasenübergang sich schon bei einem niedrigeren Druck ereignet, der einer Tiefe von 600 Kilometern entspricht.
Um dieses Experiment zu erklären, müsste das gängige Modell des chemischen Aufbaus der Erde radikal geändert werden. Zum einen wäre unklar, was die beobachteten Veränderungen in 660 Kilometern Tiefe verursacht, zum anderen wäre es rätselhaft, wieso der Kristallübergang in 600 Kilometern Tiefe geophysikalisch nicht zu messen ist.
Die Experimente der Forscher um Boehler und Shim zeigen jetzt, dass das Problem des Versuchs von 1998 darin lag, den Druck richtig zu bestimmen. Die Druckmessungen waren damals direkt mit Hilfe der Röntgenstrahlen durchgeführt worden. Dabei orientierten sich die Forscher an der Zustandsgleichung von Gold. Boehler, Shim und ihre Kollegen benutzten jetzt andere Methoden, um ihre Druckmessungen zu kalibrieren und erhielten wieder den alten Wert von 660 Kilometern für den Phasenübergang von Spinell zu Perowskit. Während die Welt der Geowissenschaften also wieder in Ordnung ist, gibt es jetzt neue Fragen für die Chemie: Das Verhalten von Gold bei hohem Druck und hohen Temperaturen ist anscheinend noch nicht richtig verstanden.
Ute Kehse
