Diamanten lassen tief blicken: Bayreuther Forscher entdecken Oxidationsprozesse im Erdinnern

Diamanten haben nicht nur als Juwelen, sondern auch für die Geoforschung einen einzigartigen Wert. Sie enthalten winzige Einschlüsse von Mineralen, die dazu beitragen, chemische Prozesse im Innern der Erde aufzuklären. Ein internationales Team mit Wissenschaftlern der Universität Bayreuth berichtet jetzt in “Nature Geoscience”, dass das in Einschlüssen von Granat enthaltene Eisen ungewöhnlich stark oxidiert ist, wenn die Diamanten in großer Tiefe entstanden sind. Die Forscher halten es für wahrscheinlich, dass in der Übergangszone zum unteren Erdmantel Redoxreaktionen zwischen Eisen und Kohlenstoff stattfinden, die möglicherweise eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf der Erde spielen.

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Auf die richtige Menge Kohlenstoff kommt es an

Das Element Kohlenstoff und seine Verbindungen bilden die Grundlage für irdisches Leben. Kurzzeitige Aufheizprozesse im solaren Urnebel vor der Entstehung der Planeten haben in unserem Sonnensystem dafür gesorgt, dass die Erde eine für das Leben und die Evolution wahrscheinlich optimale Zufuhr an Kohlenstoff erhielt. Das zeigt ein von Wissenschaftlern der Universität Heidelberg entwickeltes Modell zur Kohlenstoffchemie.

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Bäume binden im Alter große Mengen Kohlenstoff

Auch alte Bäume nehmen viel Kohlenstoff auf und entziehen der Atmosphäre damit CO2 (Kohlendioxid). Dies wurde jetzt erstmals anhand von Bäumen aus dem Regenwald in Surinam nachgewiesen, wie Professor Michael Köhl vom Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) der Universität Hamburg im Fachjournal PLOS ONE berichtet. Damit leisten diese einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz.

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Verbindung zwischen Plattentektonik, vulkanischen CO2-Emissionen und Evolution identifiziert

Forscher haben festgestellt, dass die Bildung und Trennung von Superkontinenten über Hunderte von Millionen Jahren die natürlichen vulkanischen Kohlenstoff-Emissionen kontrolliert. Die Ergebnisse, die jetzt in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurden, könnten zu einer Neuinterpretation führen, wie sich der Kohlenstoffkreislauf im Laufe der Erdgeschichte entwickelt hat und wie dies die Evolution der Bewohnbarkeit der Erde beeinflusst hat.

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Wie wird Kohlenstoff ins Erdinnere transportiert?

Die Anwesenheit von Carbonaten im Erdmantel ist aus Diamanteinschlüssen bekannt, aber wie Kohlenstoff dorthin transportiert wird, bleibt ein Mysterium. Ein internationales Forscherteam hat dieses Geheimnis durch Hochdruckversuche am ESRF, dem Europäischen Synchrotron in Grenoble, Frankreich, näher untersucht. Die Wissenschaftler enthüllten zwei neue Eisen-Carbonat-Verbindungen und stellten fest, dass Selbst-Oxidations-Reduktions-Reaktionen Carbonate im Mantel bewahren und damit zu einem potentiellen Kohlenstoffträger bis zum Beginn des Erdkerns werden konnten. Die Studie wurde in Nature Communications veröffentlicht.

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Sinkender Meeresspiegel brachte Vulkane zum Überlaufen

Während der letzten 800.000 Jahre zeigten antarktische Temperaturen und atmosphärischer Kohlendioxidgehalt eine im Wesentlichen gleichgerichtete Entwicklung. Doch der Übergang in die letzte Eiszeit verlief anders: Vor ca. 80.000 Jahren sanken die Temperaturen, der Kohlendioxidgehalt aber blieb stabil. Ein internationales Forscherteam unter gemeinsamer Leitung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel und des Alfred-Wegener-Instituts Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung hat nun mit Hilfe von Modellrechnungen herausgefunden, dass ein Zusammenspiel aus abfallendem Meeresspiegel und zunehmender Vulkanaktivität zu der Anomalie geführt haben könnte. Die Ergebnisse erscheinen heute in der internationalen Fachzeitschrift Nature Communications.

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Alte und artenreiche Wälder nehmen bei Klimaschwankungen stabiler Kohlendioxid auf

Wälder nehmen kontinuierlich Kohlendioxid (CO₂) auf, das wichtigste Treibhausgas der Atmosphäre. Bedingt durch Klimaschwankungen variiert diese Aufnahme allerdings von Jahr zu Jahr. Denn während manche Wälder recht konstant CO₂ umsetzen, reagieren andere eher wechselhaft und instabil gegenüber Klimaänderungen. Ein Forscherteam unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena fand nun zwei wesentliche Faktoren, die hierbei eine Rolle spielen: Je älter die Waldbestände und je größer deren Artenvielfalt, desto konstanter und stabiler ist ihre Fähigkeit, CO₂ aufzunehmen. Die Ergebnisse beruhen auf Datensätzen von 50 weltweit verteilten Wäldern unterschiedlicher Klimazonen.

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Wasser- der heimliche Treiber des Kohlenstoffkreislaufs?

Aktuell nimmt die Landoberfläche etwa ein Viertel der anthropogenen Kohlendioxidemissionen aus der Atmosphäre wieder auf. Ob die Aufnahmefähigkeit dieser Kohlenstoffsenke erhalten bleibt und wie sie sich zukünftig weiterentwickeln wird, ist ungewiss. Wie sie reguliert wird, konnte nun eine Forschergruppe unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie näher beleuchten: Global gesehen werden jährliche Schwankungen der Kohlenstoffsenke vornehmlich durch die Temperatur bestimmt. Blickt man aber auf die lokale Ebene, so ist die Wasserverfügbarkeit der dominierende Faktor.

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