Diamant entsteht anders als gedacht

Einer der beiden verwendeten Diamantstempel vor dem Experiment. Bild: Martin Ende

Freies Kohlendioxid (CO2) kann selbst tausende Kilometer tief unter der Erdoberfläche existieren und zerfällt dabei nicht zwingend zu Diamant und Sauerstoff. Diese Erkenntnis eines Forschungsteams aus Wien und Florenz stellt die gängigen Modelle der Geochemie im tiefen Erdmantel in Frage.

Wie in zweitausend Kilometern Tiefe

Die Gruppe um Professor Ronald Miletich von der Universität Wien setzte CO2 in einer sogenannten Diamantstempelzelle unter extrem hohen Druck. Die 1,2 Millionen Bar, die dabei erreicht wurden, entsprechen einer Tiefe von etwa 2.500 Kilometern im Erdmantel. Mit einem Infrarot-Laser erhitzten sie das CO2, das zu einem glasartigen Festkörper verdichtet war. Dabei erreichten sie etwa 2.400 Grad Celsius, was der Temperatur in diesen Tiefen im Erdinneren entspricht.

So sieht CO2 unter einem Druck von 27 Gigapascal aus. Auf dem Stempeldiamanten ist es als dunkler Fleck in der Mitte zu erkennen. Bild: Martin Ende

Deutlich stabiler als vermutet

Mit diesem Aufbau untersuchte das Team eine CO2-Probe mithilfe von Röntgenbeugungs-Spektroskopie am Europäischen Synchrotron ESRF in Grenoble. Die Ergebnisse verblüfften die Wissenschaftler. Laut Mieletich hätte unter diesen Bedingungen das CO2 längst zu Diamant (C) und Sauerstoff (O2) umgewandelt sein müssen.

Stattdessen wiesen die Messdaten eindeutig auf kristallines CO2 hin. „Nun haben wir erstmals einen experimentellen Nachweis, dass freies CO2 tatsächlich in der Natur in diesen Tiefen existieren könnte“, erklärte Miletich in einer Pressemitteilung. Die CO2-Zersetzung, von der man man bisher ausging, sei nur ein Artefakt aus dem experimentellen Aufbau, ergänzte er. Denn das Team habe auch nachgewiesen, dass „extrem heißes CO2 mit einer der Komponenten der Diamantstempelzelle reagieren kann.“

Lagert CO2 im Erdinneren?

Mit diesen Ergebnissen, die die Forscher im Fachjournal Nature Communications veröffentlichten,[1]K. F. Dziubek et al., „Crystalline polymeric carbon dioxide stable at megabar pressures“, Nature Communications, 2018 (9:3148). DOI: 10.1038/s41467-018-05593-8 stehen nun die gängigen Modelle der Enstehung von Diamanten aus Kohlendioxid in Frage. Und es ist offen, ob noch weitere Reaktionen des CO2 zu bisher unbekannten Hochdruckphasen möglich sind. Diese könnten im untersten Erdmantel eine zentrale Rolle als Kohlenstoffspeicher einnehmen. In jedem Fall müssen die bisherigen Modelle zur Geochemie des Erdmantels neu hinterfragt werden.

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Quellen   [ + ]

1. K. F. Dziubek et al., „Crystalline polymeric carbon dioxide stable at megabar pressures“, Nature Communications, 2018 (9:3148). DOI: 10.1038/s41467-018-05593-8

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