Ein 3-Millimeter-Diamant zeigt, wie Wasser in den tiefen Erdmantel gelangt

Ein Team brasilianischer Forscher hat den ersten direkten Beleg dafür gefunden, dass Goethit — das Eisenmineral, das Böden ihre braune Farbe verleiht — den zermalmenden Bedingungen im Erdinneren standhält. Der Beweis versteckte sich in einem mikroskopischen Einschluss in einem nur 3 Millimeter großen Diamanten, einem der berühmten Super-Tiefen-Diamanten von Juína in Mato Grosso.

Goethit entsteht in Böden und auf dem Meeresboden, wenn eisenreiche Minerale auf Wasser treffen, und es lagert einige dieser Wassermoleküle in seine Kristallstruktur ein. Kann es durch Subduktion — das Abtauchen ozeanischer Platten unter Kontinente — in die Tiefe transportiert werden, könnte es Wasser bis in den unteren Mantel bringen, eine Region zwischen 660 und 2.900 Kilometern Tiefe, in der Gesteine in völlig anderen Kristallformen existieren.

Mit dem Teilchenbeschleuniger Sirius am brasilianischen Synchrotron-Lichtlabor (LNLS/CNPEM) kartierte das Team rund hundert Mineraleinschlüsse im Diamanten per hochauflösender Röntgen-Mikrotomographie und bestimmte anschließend ihre Chemie per Röntgenspektroskopie. Ein Einschluss stach hervor: ein Eisenhydroxid, an der Oberfläche praktisch nicht erklärbar. Die Beugungsanalyse offenbarte Goethit (FeOOH) in Koexistenz mit Hämatit und Magnetit — und die Tomographie bewies, dass der Einschluss von außen versiegelt war, was eine Oxidation durch Luft ausschloss.

Frühere Stoßwellen-Experimente hatten gezeigt, dass Goethit Drücke von 35 bis 57 Gigapascal — etwa das 500-fache des Drucks am tiefsten Punkt des Ozeans — und Temperaturen bis 1.827 °C übersteht, Bedingungen, wie sie in 900 bis 1.250 Kilometern Tiefe herrschen. Das Team schlägt vor, dass Goethit die Subduktion in tiefen Rissen relativ kühler ozeanischer Platten übersteht und beim Absinken in Hämatit und Wasser bzw. Magnetit, Sauerstoff und Wasser umgewandelt wird. „Die Freisetzung von Wasser senkt den Schmelzpunkt dieser Gesteine und kann so kleine Mengen Magma erzeugen“, erklärte Geologin Fernanda Gervasoni.

Die in Scientific Reports veröffentlichte Studie ist die erste, die vollständig von einem brasilianischen Team mit brasilianischen Instrumenten an diesen berühmten Diamanten durchgeführt wurde, und weltweit die erste, die einen Super-Tiefen-Diamanten von Anfang bis Ende mit Synchrotron-Techniken analysiert. Sie vertieft das Bild vom tiefen Wasserkreislauf der Erde — eines, das 2014 begann, als in einem anderen Juína-Diamanten Ringwoodit, ein wasserspeicherndes Mineral, gefunden wurde, was auf enorme Wasservorräte in der Übergangszone des Mantels hindeutet.