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Erdoberfläche und Erdkruste nicht im Gleichgewicht

Die oberste Erdkruste der Kontinente unterscheidet sich in der chemischen Zusammensetzung der Gesteine von tieferen Erdkrustenteilen. Eine jetzt veröffentlichte Studie vom KlimaCampus der Universität Hamburg vergleicht erstmals die relativ dünne Schicht der Landoberfläche mit der gesamten oberen Kruste. Ergebnis: Leicht verwitternde Gesteine treten an der Erdoberfläche häufiger zutage als in tieferen Schichten. Die neuen Daten sind wichtig für Modelle, die erdgeschichtliche Klimaänderungen erforschen.

Professor Jens Hartmann vom KlimaCampus und seine Kollegen legen im International Journal of Earth Sciences die erste globale geochemische Karte der Landoberfläche vor, mit der sie die elementare Zusammensetzung der gesamten Landoberfläche berechnen.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Zusammensetzung der Oberflächengesteine deutlich anders ist als die durchschnittliche Zusammensetzung der oberen Kruste bis in etwa 15 Kilometer Tiefe. Dies ist besonders deutlich für das Element Calcium, das in Form von Kalksteinen etwa dreimal häufiger an der Oberfläche als in den oberen 15 Kilometern insgesamt vorkommt.

Die Oberflächenschicht ist die Schnittstelle zwischen Geosphäre, Biosphäre und Atmosphäre. Hier laufen wichtige klimarelevante Prozesse wie zum Beispiel die Verwitterung ab. „Bei der Verwitterung von Kalksteinen wird temporär genau so viel Kohlendioxid aus der Luft gebunden wie bei der Lösung von Kalkstein mobilisiert wird. So kann es zu erheblichen Änderungen der Konzentration des Treibhausgases CO2 in der Atmosphäre kommen – allerdings in geologischen Zeiträumen, also auf einer Zeitskala von Millionen von Jahren“, sagt Jens Hartmann. Die Ergebnisse sind deshalb für langfristige Klimamodelle wichtig.

Neben dem hohen Anteil an Calcium finden sich an der Oberfläche auch mehr als doppelt so viel Chlor und Schwefel wie im Durchschnitt der oberen Erdkruste. Diese Elemente stecken in Steinsalz und Gips, so genannte Evaporite. Ähnlich wie die Kalksteine lagerten sie sich vor allem in flachen Meeresarmen auf überfluteten Kontinentbereichen ab und wurden anschließend durch die Gebirgsbildung hochgehoben und der Verwitterung ausgesetzt, ohne in tiefere Erdkrustenbereiche versenkt zu werden.

Für die neue geochemische Karte werteten die Forscher eine Vielzahl wissenschaftlicher Quellen aus. Deren unterschiedliche Messwerte und Klassifikationssysteme wurden in mehreren Schritten vereinheitlicht. Die Ergebnisse stehen ab sofort Forschern als Open-Access zur Verfügung.

Neben den KlimaCampus-Forschern waren an der Studie Kollegen der Universität Utrecht, der Université Pierre et Marie Curie, Paris, und der Technischen Universität Darmstadt beteiligt. (Uni Hamburg)