Unsichtbarer Urozean unter unseren Füßen – Wie die frühe Erde riesige Wassermengen im Erdmantel versteckte

Ein spezieller Kristall bewahrte der Erde und somit auch uns das Wasser – und zwar inmitten einer der lebensfeindlichsten Umgebungen, die wir uns vorstellen können: die Frühzeit des Sonnensystems. (Bildquelle: Adobe Firefly, generative KI)

Die biblische Hölle würde erblassen, sähe sie unsere Heimat vor 4,5 Milliarden Jahren. Ein tiefer Magmaozean umhüllte den Erdkern. Derweil steckte in dieser brodelnden heißen Masse schon, was uns das Leben schenkt: Wasser.

Wie überstand das empfindliche Molekül diese Phase? Forscher rätseln schon lange, wie genau es unser Planet vollbrachte, an seinem Nass festzuhalten – müsste es doch eigentlich aufgrund der extremen Hitze entweichen.

Eine im Fachjournal Science veröffentlichte Studie legt jetzt nahe, wie unser Planet sein Wasser über Äonen behüten konnte – bis die Zeit reif war.

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Das Wasser brauchte Schutz

Stellt euch vor, ihr seid ein Planet in seiner frühesten Form. Kugelig ausgeformt umkreist ihr einen jungen Stern. Um euch herum schwirrt ein Sturm aus Gestein und Eis – das pure Chaos. Fortwährend kracht es in Form von Asteroiden oder Kometen in eure noch glutflüssige Oberfläche aus Magma.

Fast 3.000 Kilometer tief, wird sie in einem steten Wechselbad aus Schmelzen, Fließen und Abkühlen gehalten. Über ihr spannt sich eine noch sehr dünne Atmosphäre aus Wasserdampf, Kohlendioxid und Stickstoff, die kaum Schutz vor dem Bombardement bietet.

Doch der Schauer aus Überresten der Entstehung des Sonnensystems bringt einen Schatz mit: Wasser, und zwar viel davon. So erging es schon nach altbekanntem Wissen auch euch, also unserer Heimat im sogenannten hadeanischen Erdzeitalter.

Neu ist hingegen der Verdacht, wie unser Planet in seinem Gesteinsozean Wasser sicher einschloss: im Mineral Bridgmanit.

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Ein Gesteinsschwamm

In Tiefen zwischen 660 bis 2.900 Kilometer machte Bridgmanit schon damals mehr als zwei Drittels des Gesteins aus. Neue Daten zeigen, wie es vielleicht so viel Wasser speichern konnte, wie heutzutage unsere gesamten Ozeane enthalten. Der untere Erdmantel glich einem gigantischen Schwamm für Feuchtigkeit.

Allerdings dürft ihr euch jetzt keine Ozeane inmitten des Gesteins vorstellen. Wasserstoff und Sauerstoff (H₂O) bleiben zwar zusammen, werden aber in die Struktur des Bridgmanit-Kristalls eingebaut.

Zu diesen Erkenntnissen gelangten die Forscher durch Experimente mit einer Art Hochofen aus Diamanten. Sie stellten hier drin die Bedingungen nach, wie sie vor 4,5 Milliarden Jahren im unteren Mantel der glutflüssigen Erde herrschten.

Unter extremen Druck und bei Temperatur, beobachteten sie ihre jugendliche Minierde, wie sie Wasser ein bunkerte. Die Ergebnisse lassen sich laut Studie weitgehend auf die Erde als Ganzes übertragen und sie widersprechen älteren Annahmen und Modellen, die von einem nahezu wasserfreien Erdmantel ausgehen.

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Zurück an die Oberfläche

Mit der Zeit halfen Plattentektonik und Vulkane dabei, das heutige Oberflächenwasser empor zu transportieren. An der Oberfläche geriet es in den uns schon lange vertrauten Kreislauf zwischen Atmosphäre, Gewässern und Böden – mit gelegentlichen Abstechern in Eiskappen.

Derweil vermuten einige Wissenschaftler einen ähnlichen – wenn auch anders entstandenen – Wasserspeicher im Mantel des Mars. Eine Studie legt dar, dass er ausreiche, um den roten Planeten einen Kilometer hoch mit einem Ozean zu bedecken. Wir haben mit Expertinnen über die These gesprochen.

Wirklich mit eigenen Augen sehen oder auch nur mit Sensoren messen, können wir solche Tiefen wahrscheinlich niemals. Die tiefste Bohrung reicht zwölf Kilometer hinab, in Russland auf der Kola-Halbinsel im hohen Norden.

Selbst mit modernster Technik – wie den ersten in Deutschland entwickelten Laserbohrverfahren – lassen Druck und Temperatur sogar die härtesten Metalle kapitulieren.

Begonnen hatte sie einst wie alle Planeten als zähflüssige Magmakugel, doch in ihren Untiefen geschah das Wunder der Geochemie: Auch dank des Speicherminerals Bridgmanit zeigt sich die Erde heute so, wie wir sie kennen: als das blaue Juwel unseres Sonnensystems.