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Kohlenstoffspeicher im Erdinnern sind labiler als gedacht

Silikatgestein kann nur einen winzigen Bruchteil des im Erdinnern vermuteten Kohlenstoffs aufnehmen. Das zeigen Experimente, die Hans Keppler von der Universität Tübingen und seine Kollegen an dem weit verbreiteten Erdmantelgestein Olivin durchgeführt haben. Die Forscher vermuten, dass 90 Prozent des Kohlenstoffs im oberen Erdmantel in Carbonatgesteinen gespeichert sind. Diese geben den Kohlenstoff bei Vulkanausbrüchen weitaus schneller in die Atmosphäre ab als Olivin. Die Forscher stellen ihr Experiment im Fachmagazin Nature vor (Bd. 424, S. 414).

Das Ergebnis der Mineralogen unterstützt die Theorien, welche die Ursache einiger der erdgeschichtlichen Massenartensterben in einem plötzlichen Anstieg der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre und der damit verbundenen Klimaerwärmung sehen. Die gewaltigen Vulkanausbrüche, die die über die Erdoberfläche verteilten Flutbasalte – oder „großen Eruptivprovinzen“ – geformt haben, könnten das Carbonatgestein aufgeschmolzen und dabei das Kohlendioxid freigesetzt haben.

Mehrmals in der Erdgeschichte wurde ein großer Prozentsatz der jeweils existierenden Pflanzen- und Tierarten ausgerottet. Einige dieser Massensterben können zeitlich mit der Entstehung großflächiger Eruptivprovinzen in Verbindung gebracht werden. So ordnet man das Massensterben vor etwa 250 Millionen Jahren der sibirischen Eruptivprovinz zu und das Artensterben vor etwa 65 Millionen Jahren – prominenteste Opfer waren damals die Dinosaurier – der indischen Dekkanprovinz. Letzteres Ereignis trat etwa zeitgleich mit einem gewaltigen Asteroideneinschlag auf. Bei beiden Eruptionen wurde über einen Zeitraum von etwa einer Million Jahren mehr als zwei Millionen Kubikkilometer Magma ausgeschüttet.

Dass das im Erdmantel weit verbreitete Olivin nur etwa ein Tausendstel des dort vermuteten Kohlenstoffs aufnehmen kann, zeigten Keppler und seine Kollegen, indem sie Olivin im Labor erzeugten. Als Kohlenstoffquelle fügten sie Natriumcarbonat (Soda) hinzu. Bei einer Temperatur von 1.200 Grad Celsius und Drücken zwischen einem und 3,5 Gigapascal entstand Olivin mit einem sehr geringen Kohlenstoffanteil, der bei etwa 0,1 Gewichtsteilen pro Million lag.

Selbst eine Hochrechnung ihrer Ergebnisse auf 10 Gigapascal, dem Druck an der unteren Grenze des oberen Erdmantels, ergab nur einen maximalen Kohlenstoffanteil von einem Gewichtsteil pro Million. Ein Gigapascal entspricht etwa dem zehntausendfachen Atmosphärendruck.

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Darüber hinaus gibt Olivin den Kohlenstoff nur sehr langsam wieder ab. Außerdem wird bei vulkanischen Gesteinsschmelzen normalerweise nur ein geringer Prozentsatz des Olivins im Magma gelöst. Deshalb, so argumentieren die Forscher, kann Olivin nicht für einen plötzlichen Ausstoß großer Mengen an Kohlendioxid verantwortlich sein.

Ein ähnlich schlechtes Aufnahmevermögen für Kohlenstoff wie bei Olivin fanden Keppler und seine Kollegen bei den Mineralien Enstatit, Diopsid, Pyrop und Spinell.

Axel Tillemans
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im|pe|tu|o|so  〈Mus.〉 stürmisch (zu spielen) [ital., ”ungestüm, heftig bewegt“]

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