Die Entstehung der Erde

Station 11

Pu'u O'o-Eruption auf der größten Haiwaiinsel Big Island. Das Foto wurde 1983 aufgenommen – die Eruption dauert bis heute an. Foto: A. Hofmann

Angeblich hat Christian Junge, bis 1978 Direktor der Abteilung Luftchemie, bei seiner Berufung eine Abteilung für Geochemie am Mainzer Institut gefordert. Gegründet wurde dieser Bereich 1980 von Albrecht Hofmann. Im Mittelpunkt der Forschung stand die chemische Beschaffenheit und die zeitliche Entwicklung von Kruste, Mantel und Kern der Erde.

Geologische Prozesse wie beispielsweise die Bildung von Vulkaninseln oder die Entwicklung der Weltmeere wurden anhand der Isotopenhäufigkeiten von natürlichem radioaktivem Zerfall sowie der Spurenelementhäufigkeiten in Gesteinen und Mineralen untersucht. Die Hypothese, dass viele Vulkane von Ozeaninseln wie Island oder Hawaii durch eine Art geologisches Recyclings entstehen, stammt von Albrecht Hofmann. Hiernach kommt ehemaliger Ozeanboden, der vor einer Milliarde Jahren in den Erdmantel versank, infolge von Konvektionsströmen des Erdmantels wieder zum Vorschein.

Seit der Schließung der Abteilung im Jahr 2005 werden einige Themen in der Abteilung Biogeochemie weitergeführt. So geben beispielsweise Glasschwämme und Stalagmiten Aufschluss über das Klima vergangener Jahrtausende.

Vulkanausbruch auf einer Hawaiinseln. Foto: A. Hofmann
Probensammeln mit Hitzeschild auf der frischen Lava. Foto: A. Hofmann

Das Bändererz

Exponat11: Gestreifte Steine

Bändereisenerz aus der Pilbara Region im westlichen Australien. Foto: S. Benner

Der 750 Kilogramm schwere Stein ist ein Bändereisenerz und stammt aus einer 3.6 Milliarden Jahre alten Gesteinsformation der Pilbara Region im westlichen Australien. Der Name Bändererz leitet sich von der typischen Struktur des Erzes ab, die entstand, indem sich abwechselnd Eisenoxid- und Hornsteinschichten (Quarz) am Meeresgrund ablagerten. Solche Bändererzvorkommen sind heute die wichtigsten Eisenerzvorkommen Australiens.

Die Bildung der Bändererze ist aber bis heute nicht vollständig geklärt. Denn zur Zeit ihrer Entstehung gab es auf der Erde nur wenig freien Sauerstoff. Die Atmosphäre bestand im Wesentlichen aus Stickstoff und Kohlendioxid - Lebensbedingungen, in denen vermutlich nur Mikroorganismen wie Cyanobakterien lebten. In den Ozeanen bildeten sie durch Photosynthese den ersten Sauerstoff, der das im Wasser gelöste Eisen zu Magnetit und Hämatit oxidierte. Das Eisen wiederum stammte aus Vulkanausbrüchen und wurde in dem damals vermutlich sauren Ozeanwasser in hohen Konzentrationen gelöst.

Man vermutet, dass es auf der Erde Zeiten mit und Zeiten ohne Sauerstoff gab. Sobald das im Wasser gelöste Eisen durch die Oxidation verbraucht war, stieg die Sauerstoffkonzentration an. War die Konzentration zu hoch, starben die Cyanobakterien wieder ab. Insgesamt aber schuf erst der Sauerstoff aus der Photosynthese die Voraussetzung für kompliziertere Lebensformen.

Die Arbeitsgruppe Schidlowski in der Abteilung Luftchemie wies am MPI für Chemie die im Erdarchaikum beginnende bakterielle Photosynthese mit Hilfe von Kohlenstoffisotopenanalysen nach.

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