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Es macht fast 40 Prozent unseres Planeten aus, doch die meisten Menschen haben noch nie davon gehört: Das Mineral Bridgmanit existiert nur tief im Erdinneren - und in Meteoriten. Dort haben Forscher es nun analysiert.


Große Teile des Erdmantels bestehen aus Bridgmanit. Das Mineral hat eine würfelförmige Kristallstruktur. Leyla Ismailova/ University of Bayreuth

Wollte – und könnte – man ein Loch bis zum Mittelpunkt unserer Erde bohren, dann wäre dieses gut 6370 Kilometer tief. Tatsächlich haben es Menschen bisher gerade einmal geschafft, zwölf Kilometer tief in die Erdkruste vorzudringen. Dann werden die Bedingungen zu extrem. (Mehr über die sowjetische Rekordbohrung auf der Halbinsel Kola etwa 150 Kilometer nordwestlich von Murmansk erfahren Sie [ Link nur für registrierte Mitglieder sichtbar. Bitte einloggen oder neu registrieren ])

Erst weit darunter, ab einer Tiefe von 660 Kilometern bildet sich bei Temperaturen von 1800 Grad und unter einem Druck, der 240.000-mal höher ist als an der Erdoberfläche, ein Magnesium-Eisen-Mineral, von dem wahrscheinlich nur die wenigsten Menschen gehört haben. Genau genommen hat es überhaupt erst seit dem Jahr 2014 [ Link nur für registrierte Mitglieder sichtbar. Bitte einloggen oder neu registrieren ]: Bridgmanit, benannt nach dem US-Physiknobelpreisträger Percy Bridgman.

Dabei ist Bridgmanit als Hauptbestandteil des Erdmantels sogar das häufigste Mineral der Erde. Wissenschaftler gehen davon aus, dass es [ Link nur für registrierte Mitglieder sichtbar. Bitte einloggen oder neu registrieren ] stabil ist, also bis hinunter an die Grenze des Erdkerns. Die Verbindung macht dabei nicht weniger als 38 Prozent des Volumens unseres Planeten aus. Forscher interessieren sich vor allem für ihre besondere, würfelförmige Kristallstruktur.

Für einige Nanosekunden Bedingungen wie im Erdmantel

Um mehr über sie zu erfahren, haben Luca Bindi von der Universität im italienischen Florenz und Kollegen nun winzige Einschlüsse in einem im Jahr 1986 in der chinesischen Provinz Hubei niedergegangenen Meteoriten untersucht. Das Gestein dieses Suizhou genannten Objekts wurde beim Aufprall auf die Erde für einige Nanosekunden so stark zusammengepresst, dass während dieser Zeit teils Bedingungen wie tief unten im Erdmantel herrschten. Weil das Material bereits unmittelbar nach dem Fall geborgen worden war, verwitterte es nicht.

Nach der Analyse der Proben berichten die Forscher [ Link nur für registrierte Mitglieder sichtbar. Bitte einloggen oder neu registrieren ] nun unter anderem darüber, dass in der Bridgmanit-Kristallstruktur eine Disproportionierung genannte chemische Reaktion abläuft. Dabei werden die Elektronen zwischen den Atomen der Verbindung so umverteilt, dass metallisches Eisen entstehen kann. Dieses habe man in Form winziger Nanopartikel unter dem Rasterelektronenmikroskop nachweisen können, so Bindi und Kollegen.

Die aktuellen Ergebnisse ergänzen frühere Untersuchungen. Eine andere Gruppe von Forschenden hatte Bridgmanit bereits in Schmelzäderchen im Material [ Link nur für registrierte Mitglieder sichtbar. Bitte einloggen oder neu registrieren ] nachgewiesen. Auch in Diamanten, die tief aus dem Erdinneren nach oben befördert worden waren, fanden sich [ Link nur für registrierte Mitglieder sichtbar. Bitte einloggen oder neu registrieren ]. Hinweise auf die Kristallstruktur von Bridgmanit hatten zuvor auch Versuche[ Link nur für registrierte Mitglieder sichtbar. Bitte einloggen oder neu registrieren ]. Darin erhitzten Forscher in speziellen Hochdruckpressen mit Lasern eine zwischen zwei Diamantspitzen zusammengedrückte Probe eines anderen Minerals - und erzeugten so Bridgmanit.

Die Eigenschaften von Bridgmanit besser zu verstehen, hat dabei nicht nur akademischen Wert. Es hilft auch, die Dynamik im Erdinneren besser zu verstehen. Zum Beispiel bestimmen die Eigenschaften des Minerals entscheidend, wie sich Erdbebenwellen ausbreiten. Noch befindet sich die Forschung hier aber am Anfang.

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