The Formation of the Earth

Station 11

Pu'u O'o-eruption on Big Island, Hawaii. The picture was taken in 1983 – the eruption still goes on. Source: A. Hofmann

On being appointed to the MPI for Chemistry, Christian Junge, director of the Department of Atmospheric Chemistry until 1978, called for the creation of a Department of Geochemistry at the Mainz Institute. This department was set up in 1980 by Albrecht Hofmann. Research focussed on the chemical properties and the development of the Earth’s crust, mantle and core.

Geological processes such as the formation of volcanic islands and the development of the world’s oceans were investigated based on the isotopic abundances of natural radioactive decay and the distribution of trace elements in rocks and minerals.

The theory that many volcanoes on oceanic islands such as Iceland and Hawaii were formed as a result of a kind of geological recycling came from Albrecht Hofmann. Ac-cording to his theory, the ancient ocean floor that sank into the Earth’s mantle billions of years ago is reemerging as a result of convection currents within the mantle.

Since the department was closed in 2005, some subjects have been further pursued by the Department of Biogeochemistry. For instance, glass sponges and stalagmites can shed light on the climates of past millennia.

Eruption on an Hawaiian island. Source: A. Hofmann
Collecting samples with heat shield on the fresh lava. Source: A. Hofmann

Das Bändererz

Exponat 11: 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 ehemalige 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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