Stickstoff-Rätsel Diamanten erlauben Blick ins Erdinnere

Im Inneren der Erde könnten größere Mengen Stickstoff verborgen sein - doch ließen sie sich da bisher nicht nachweisen. Nun glauben Forscher, das Problem gelöst zu haben. Mithilfe eines Diamanten.

Einschlüsse in brasilianischem Diamanten. Der mit dem Pfeil wurde untersucht.
GFZ

Einschlüsse in brasilianischem Diamanten. Der mit dem Pfeil wurde untersucht.


Er ist überall um uns herum - schließlich bestehen, wenn man das Volumen betrachtet, rund 78 Prozent unserer Erdatmosphäre aus Stickstoff. Er ist in uns drin, als wichtiger Baustein des Lebens. Und er kommt, in geringeren Mengen, auch unter unseren Füßen vor, in Form von Salpeterverbindungen.

Doch insgesamt verfügt die Erde über verblüffend wenig Stickstoff, wenn man sie mit anderen Himmelskörpern vergleicht. Eine Vermutung lautet deswegen, dass große Mengen des Elements vor langer Zeit beim Einschlag eines kosmischen Körpers auf der jungen Erde ins All entschwunden sind.

Nach einer zweiten Hypothese befinden sich große Mengen an Stickstoff tief in der Erde verborgen, in ihrem Mantel oder gar Kern. Das wäre weit mehr, als in der Atmosphäre zu finden ist. Das Problem: Dort unten lässt sich der Stickstoff nicht ohne Weiteres suchen. Forschungsbohrungen sind bisher nicht weiter als rund zwölf Kilometer weit in die Erdkruste vorgestoßen (siehe Grafik) - weil die extremen Bedingungen in den Bohrlöchern ein weiteres Vordringen nicht möglich machen.

Forscher aus Deutschland und Kanada präsentieren im Fachmagazin "American Mineralogist" nun neue Erkenntnisse, die für die zweite These sprechen. Richard Wirth vom Deutschen Geoforschungszentrum in Potsdam und sein Kollege Felix Kaminsky vom Unternehmen KM Diamond Exploration berichten von einem Diamanten, der im Nordwesten Brasiliens, im Bundesstaat Mato Grosso, gefunden wurde.

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Der Edelstein, ungefähr fünf Millimeter groß, entstand einst im Erdkern, bei Drücken von bis zu 130 Gigapascal. Später wurde er durch sogenannte Kimberlit-Schlote an die Erdoberfläche gebracht. Das sind vulkanische Aufstiegskanäle, die tief im Erdinneren ihren Ursprung nehmen, eine Art klassischer Diamanten-Fahrstuhl, der auch für Vorkommen in Afrika, Sibirien oder Kanada verantwortlich ist. Für die Forscher sind sie damit gewissermaßen Boten aus einer sonst unzugänglichen Welt im Erdinneren.

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Wirt und Kaminsky hatten Einschlüsse in den Diamanten aus der Region "Rio Soriso" untersucht - mit Hilfe von Transmissions-Elektronenmikroskopie, Energiedispersiver Röntgenspektroskopie und Elektronenenergieverlust-Spektroskopie. "Im Unterschied zu anderen Diamantvorkommen auf der Erde weisen die Einschlüsse in den Rio-Soriso-Diamanten große Mengen an Stickstoff auf." Man habe bei der Analyse Eisen- und Carbionitride gefunden, also Verbindungen von Stickstoff mit Eisen und Kohlenstoff.

Die Forscher gehen davon aus, dass diese aus der Grenzregion zwischen Erdkern und Erdmantel stammen. "Flüssiges Metall transportiert vermutlich die Verbindungen aus dem Erdkern in die untersten Schichten des unteren Mantels", so Wirth.

chs



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