Die zeitliche Entwicklung isotopischer Heterogenitäten im Frühen Erdmantel

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias Willbold
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404678898

Die Differenzierung der Erde in einen metallischen Kern und einen silikatischen Mantel sowie das Einsetzen von Konvektionsbewegungen, wie wir sie auch im heutigen Mantel vorfinden, zählen wohl zu den grundlegendsten Umwälzungen, die unser Planet je erfahren hat. Diese frühen planetaren Prozesse waren essenziell, um die Bedingungen für eine bewohnbare Erde zu schaffen. Die komplexen geodynamischen Prozesse im Inneren der Erde führen an ihrer Oberfläche zur Ausbildung von Rift-Systemen und Subduktionszonen, welche eine entscheidende Rolle im globalen Stoffkreislauf spielen, wie zum Beispiel in der Steuerung des Kohlenstoff- und Schwefelgehalts in der Erdatmosphäre über erdgeschichtliche Zeitskalen hinweg. Wann und wie sich diese Mantelkonvektion innerhalb der ersten Milliarden Jahre der Erdgeschichte gebildet hat, ist nach wie vor unbekannt. Die Entstehung des Erdkerns und das Einsetzen der Mantelkonvektion sind zwei Forschungsfragen, die auf interessante Weise miteinander verbunden sind: Die Absonderung von metallischer Schmelze aus einem silikatischen Magmaozean während der Kernbildung führte zu einer fast quantitativen Überführung sogenannter siderophiler Elemente aus dem Mantel in den Erdkern. Dieser Prozess verursachte eine charakteristische chemische und isotopische Signatur in den frühesten Gesteinen, die wir auf der Erde finden. Kurz nach Abschluss der Kernbildung wurde die Erde von einer kleinen Anzahl gewaltiger Meteoriten getroffen, die eine kleine Menge frischer siderophiler Elemente in den Erdmantel injizierten und somit deren Gehalt in der silikatischen Erde zum Teil wieder anreicherten. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts werden wir mit Hilfe dieses planetaren Tracer-Experiments untersuchen, wie sich das meteoritische Material über einen Zeitraum von etwa einer Milliarde Jahren in den Erdmantel mischte, um Hinweise auf den Grad der Mantelheterogenität der Frühen Erde zu erhalten. Wir werden zunächst einige der ältesten Gesteine der Erde analysieren, um die Auswirkung der Kernbildung auf die isotopische Signatur der siderophile Elemente im Erdmantel zu charakterisieren, bevor das meteoritische Material in diesem vollständig homogenisiert war. Darauf aufbauend werden wir geeignete Proben aus kritischen Zeitperioden der Erdgeschichte analysieren, um nachzuvollziehen, wie die siderophilen Elemente in den Erdmantel gemischt wurden. Unsere Erkenntnisse werden, zusammen mit anderen Ergebnissen, die innerhalb des Projekts "Building a Habitable Planet" erhalten werden, eine umfassendere und detailliertere Charakterisierung der Prozesse liefern, die zur Entstehung der modernen Mantelkonvektion beigetragen haben.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1833: Building a Habitable Earth