ZumMittelpunktderErde

24 WISSEN 0
27. JULI 2014
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DIEPRESSE.COM
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Wort der
Woche
BEGRIFFE DER WISSENSCHAFT
In Südostasien schreitet die Entwaldung rasant
voran. Das ist nicht nur ökonomischen
Faktoren geschuldet, sondern auch lokalen
Machtstrukturen.
VON M A R T I N KU G L E R
D
ass die Weltöffentlichkeit beim Thema
Entwaldung ausschließlich nach Brasilien blickt, ist nicht gerechtfertigt: Zwischen 1980 und 2000 wurde allein auf der
südostasiatischen Insel Borneo mehr
Tropenholz „geerntet“ als in Amazonien und Afrika
zusammen. Während sich in Brasilien die Lage tendenziell verbessert – mit einem Rückschlag 2013 –,
verläuft die Entwaldung in Asien unverändert rasant. Laut einer Forschergruppe um David Gaveau
ist das Tempo der Abholzung in Borneo doppelt so
hoch wie im Durchschnitt aller tropischen Regenwälder der Welt (PlosOne, 16. Juli).
Aus der Analyse von Satellitenbildern wurde
berechnet, dass zwischen 1973 und 2010 die Waldbedeckung von 75,7 Prozent der Inselfläche auf
45,5 Prozent zurückgegangen ist. Und davon ist nur
mehr rund die Hälfte unberührter Regenwald.
Man fragt sich, wie es möglich ist, dass die Urwälder derart rasch schwinden können. Einen Einblick in die Mechanismen dahinter gibt das eben
erschienene Buch „Raubzug auf den Regenwald“
(Lukas Straumann, 380 S., 25,60 Euro, Salis Verlag).
Darin beschreibt der schweizerische Bruno Manser
Fonds die Machenschaften eines Politikers in der
malaysischen Provinz Sarawak im Norden Borneos:
Taib Mahmud bekleidete seit dem Abzug der britischen Kolonialherren 1963 fast durchgehend ein
Ministeramt in Malaysia, seit 33 Jahren ist er Chief
Minister von Sarawak. Er und seine (angeblich milliardenschwere) Familie kontrollieren unter anderem die Vergabe von Holzkonzessionen sowie zahlreiche weltweit tätige Holzkonzerne.
Ab den 1960er-Jahren wurde ein dichtes Netz
von Forststraßen durch den Dschungel geschlagen,
riesige Flächen wurden ohne Rücksicht auf die Umwelt und die dort lebenden Menschen geschlägert.
Als die Vorräte an wertvollem Tropenholz zur Neige gingen, verlegte man sich vor 15 Jahren auf die
Umwandlung der Regenwälder in Palmöl-, Kautschuk- oder Akazienplantagen. Borneoweit sind
schon 10,2 Prozent der Fläche solche Pflanzungen –
Tendenz stark steigend.
Wie die Entwicklung wohl weitergeht? Die alten
Machtstrukturen geraten derzeit in massive Kritik.
Abgesehen davon rechnen die Forscher um Gaveau
wegen der wirtschaftlichen Rahmenbedingungen
damit, dass der Großteil der küstennahen Wälder
verschwinden wird. Für den Erhalt der Biodiversität
haben sie trotzdem noch ein bisschen Hoffnung, da
immerhin die Wälder im gebirgigen Landesinneren
noch halbwegs intakt sind.
Der Autor leitete das Forschungsressort der „Presse“
und ist Chefredakteur des „Universum Magazins“.
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diepresse.com/wortderwoche
ELEMENTE
Biokunststoff aus Algen: EVN forscht
mit Boku Wien und Andritz
Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen entwickeln
will die EVN in einem gemeinsamen Projekt mit der Boku Wien und dem Anlagenbauer Andritz. In einen Bioreaktor wird CO2 geleitet, das Mikroalgen mithilfe von Sonnenlicht und Wasser zu Biokunststoff umwandelt.
Gratulationen: Ex-Minister Hans Tuppy
feierte 90. Geburtstag
Der ehemalige ÖVP-Wissenschaftsminister Hans Tuppy
(1987–89) feierte vergangene Woche seinen 90. Geburtstag. Unter anderem gratulierte die Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW) „einem ihrer profiliertesten und aktivsten Mitglieder“.
Bildverarbeitung: AIT und TU Graz
verstärken die Zusammenarbeit
Das Austrian Institute of Technology (AIT) und die TU
Graz verstärken ihre Kooperation im Bereich Bildverarbeitung. Die Stiftungsprofessur für „Mobile Vision“ wird
mit Informatiker Thomas Pock besetzt.
Der Großteil des Erdinneren ist nicht zugänglich. Eine Theorie aus Wien soll neues Wissen darüber bringen.
Corbis
Zum Mittelpunkt der Erde
Wiener Wissenschaftler nutzen Quantenmechanik für die Analyse seismischer Wellen
VON R E I N H A R D K L E I N D L
und für neue Einblicke in die innersten Eigenschaften der Erde.
W
oher wissen wir, wie es
im Inneren der Erde aussieht? Die tiefsten Bohrungen reichen etwas
mehr als zehn Kilometer in die Erdkruste, die eine Dicke von etwa 30 Kilometern hat. Tiefer ist der Mensch noch
nicht vorgedrungen, obwohl es „nur“
etwas mehr als 6000 Kilometer zum
Mittelpunkt sind – eine mittlere Fernreise also. Manchmal befördern Vulkane Material von unter der Erdkruste
an die Oberfläche, aber der Großteil
des Erdinneren bleibt unzugänglich.
Das Weltall wirkt im Vergleich dazu
fast überlaufen. Physikern der TU Wien
und der Uni Wien ist nun ein großer
Schritt zu mehr Verständnis über das
Erdinnere gelungen.
Der Druck im Erdinneren führt
zu unerwarteten Eigenschaften
des dortigen Materials.
Im Inneren der Erde herrscht gewaltiger Druck, durch das Gewicht der
darüberliegenden Gesteinsschichten.
Das führt zu unerwarteten Eigenschaften des dortigen Materials. Das Erdinnere ist in Bewegung, nicht nur der äußere Erdkern aus flüssigem Eisen, sondern auch der Mantel, der den größten
Teil der Masse des Planeten ausmacht
und aus festem Gestein besteht, das
aber aufgrund des Drucks nicht fest,
sondern verformbar ist.
Außerdem gibt es sogenannte Phasenübergänge: Die Atome eines Feststoffs ordnen sich, je nach Druck und
Temperatur, zu unterschiedlichen Gitterstrukturen an. Wie verschieden Stoffe aus demselben chemischen Element
sein können, wissen wir vom Kohlenstoff, der als weicher Grafit oder, dichter angeordnet, als harter Diamant auftreten kann. Im Erdmantel ist es nicht
Kohlenstoff, sondern Gestein, das vor
allem Silizium, Magnesium, Eisen und
Sauerstoff enthält und zu den Perowskiten gezählt wird. Mit der Tiefe
steigt der Druck, der das Material zu
immer neuen Gitterstrukturen zwingt.
Bei der Erforschung der gewaltigen, undurchdringlichen Einöde im
Inneren unseres Planeten bedient man
sich einer überraschend einfachen Informationsquelle: des Schalls. Die Erschütterungen von Erdbeben breiten
sich als energiereiche Schallwellen
nicht nur an der Erdoberfläche aus,
sondern auch im Inneren der Erdkugel, wobei die Geschwindigkeit dieser
Wellen dabei vom Material abhängt,
das sie durchqueren.
Rückschlüsse auf Erdinneres. Sensible
seismologische Messgeräte können
auch Erdbeben auf der gegenüberliegenden Seite der Erde registrieren. Ein
Erdbeben, das von genügend Messstationen registriert wurde, lässt also detaillierte Rückschlüsse auf die Dichteverteilung im Inneren der Erde zu.
Bereits 1906 schloss der britische
Forscher Richard Dixon Oldham aus
der Laufzeit von Erdbebenwellen, dass
die Erde einen flüssigen Kern haben
müsse. Inzwischen kennen wir die
Schichten im Erdinneren viel besser,
aber immer noch nicht vollständig.
Erst 2004 wurde eine neue Schicht entdeckt, mit einer Kristallstruktur, die
man bis dahin nicht im Entferntesten
in Betracht gezogen hatte. Aufgrund
fehlender direkter Messwerte ist man
auf theoretische Berechnungen angewiesen, doch auch auf dieser Ebene
gibt es Schwierigkeiten.
Konkret geht es um die erwähnten
Phasenübergänge. Bisherige Methoden wie die sogenannte Landau-Theorie sind ausgereift und bewährt bei
Phasenübergängen in Kristallen, funktionieren aber nur unter Annahme einiger Näherungen, die bei moderatem
Druck erlaubt sind. Steigt der Druck,
bricht diese Beschreibung zusammen.
LEXIKON
PHASEN
Materialien treten, je nach Druck und
Temperatur, in unterschiedlichen
Erscheinungsformen, sogenannten
Phasen, auf: Fest, flüssig und gasförmig sind die bekanntesten. Es gibt
aber auch „exotische“ Phasen wie
superfluid oder supraleitend.
Mögliche Phasenübergänge sind
Schmelzen, Verdampfen sowie
Sublimieren oder Kondensieren. Auch
bei festen Materialien unterscheidet
man Phasen, etwa unterschiedliche
Kristallstrukturen. Die Übergänge
zwischen verschiedenen Phasen eines
Kristalls lassen sich physikalisch durch
die Landau-Theorie beschreiben.
„Bis vor 20, 30 Jahren gab es keine Messungen in diesem Druckbereich,
sodass Unzulänglichkeiten der traditionellen Theorien gar nicht weiter auffielen“, erklärt Andreas Tröster vom Institut für Theoretische Physik von der
TU Wien. Um solche Drücke im Labor
zu erzeugen, braucht es Geräte wie die
Diamantstempelzelle, wo ein Kristall
zwischen zwei Diamanten eingezwängt wird.
Nun ist Forschern um Andreas
Tröster die Konstruktion einer erweiterten Theorie gelungen, die auch bei
hohem Druck funktioniert. „Erste Lösungsansätze haben mein damaliger
Doktorvater Wilfried Schranz und ich
bereits 2003 publiziert. Allerdings erregte das Paper keine große Aufmerk-
Die berechneten Werte
stimmten sehr gut mit den
Messwerten überein.
samkeit, und ich konnte nicht in Wien
bleiben und musste ins Ausland“, so
Tröster. Nach seiner Rückkehr belebte
er die alte Idee gemeinsam mit
Schranz und Peter Blaha, einem physikalischen Chemiker, neu. Blaha ist auf
die quantenmechanische Berechnung
von Materialeigenschaften mittels
sogenannter Dichtefunktionaltheorie
spezialisiert und lieferte gemeinsam
mit seinem Doktoranden Ferenc Karsai den fehlenden Baustein für Trösters
Arbeit.
Test erfolgreich. Man hatte also eine
mathematisch saubere Erweiterung
der Landau-Theorie entwickelt. Um sie
zu testen, berechneten die Forscher die
Eigenschaften von Strontiumtitanat,
einem Perowskit, der sehr gut erforscht
ist und dessen Phasenübergang bei hohem Druck 2010 sehr genau vermessen
wurde. Die Werte, die sie erhielten,
stimmten ausgezeichnet mit den Messwerten überein.
In Zukunft will man die neuen Methoden in große geophysikalische und
seismologische Modelle integrieren.
Ein genaues Verständnis der Vorgänge
im Erdinneren ist dabei nicht nur von
akademischem Interesse: Möglichst
genaue Vorhersagen über Erdbeben
und Vulkanausbrüche wären wichtig,
sind aber derzeit nur sehr eingeschränkt möglich. Vor den Forschern
liegt also noch einiges an Arbeit.