unglaublicher Druck – oder: Megabar in der Hosentasche

Temperaturen und Drücke wie im Erdmittelpunkt sollen erzeugt werden

Bayreuth (UBT). Ein einmaliges Meßsystem, mit dem mit unglaublich hohen Drücken und Temperaturen die Vorgänge im metallischen Erdkern und im tieferen Erdmantel im Labor nachgeahmt werden, wird jetzt im Bayerischen Geoinstitut der Universität Bayreuth aufgebaut. Dr. Leonid Dubrovinsky, Akademischer Oberrat an diesem Forschungsinstitut, wurde dafür von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) jetzt eine Sachbeihilfe von mehr als einer halben Million Euro gewährt.

Im Bayerischen Geoinstitut werden solche Untersuchungen bereits jetzt sehr erfolgreich bei Drücken bis ca. 250.000 atm (entsprechend einer Erdtiefe von ca. 700 km) und hohen Temperaturen in großen Pressen durchgeführt. Mit Hilfe der von Dr. Dubrovinsky weiterentwickelten Diamantstempeltechnik mit Laserheizung können dagegen Drücke bis 2 Mill. Atm bei Temperaturen von mehreren tausend Grad erreicht werden, und damit auch die Bedingungen selbst am Erdmittelpunkt (in 6370 km Tiefe mit einem Druck von 3,6 Mill. atm – etwa gleich 3,6 Megabar – und einer Temperatur um 5000 °C) erzeugt werden. Diese sehr handlichen Höchstdruckpressen (daher „Megabar in der Hosentasche“) werden durch die technischen Mitarbeiter in der zentralen Universitäts- und der Institutswerkstatt hergestellt – nur sie sind in der Lage, bei den sehr schwierig zu bearbeitenden Materialien noch die nötige Präzision zu bringen.

Da Druck gleich Kraft pro Fläche ist, kann man solche extreme Drücke nur durch eine Verkleinerung der Fläche erzielen – das heißt, zwei Diamantspitzen drücken aufeinander, und die winzige Probe (Durchmesser unter 0,1 mm) liegt dazwischen. Um an solchen kleinen Proben noch geowissenschaftliche Aussagen über Materialeigenschaften machen zu können und die Diamanten zu durchstrahlen, wird extrem brilliantes Röntgenlicht benötigt. Die Strahlung wird mit einer „Röntgenoptik“ (einem System von Hohlspiegeln, die Röntgenlicht reflektieren und fokussieren können) auf die Probe gelenkt und gibt in Form des Beugungsmusters Auskunft über die Kristallstrukturen, ihre Dichte und thermische wie elastische Eigenschaften. Zusätzlich werden die Proben mit spektroskopischen Verfahren (Raman- und Mössbauer-Spektroskopie) untersucht, um möglichst viele chemische und physikalische Eigenschaften zu bestimmen.

Dr. Dubrovinsky ist zuversichtlich: „Wir werden ein neues Fenster aufstoßen und tiefer in die Erde hineinschauen können als je zuvor.“