Auf dem Spektrum zwischen Gestein und Wasser

„Hier am GEOMAR beschäftigen wir uns mit dem Ozean – was mich beschäftigt, ist eher die Wanne drumherum, in der der Ozean schwimmt“, sagt Dr. Oliver Nebel. Der neue Professor für Geochemie am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) ist Geologe durch und durch. Für ihn sind Gesteine das Wichtigste. Und dennoch ist er am Meeresforschungszentrum goldrichtig, denn Gestein und Ozean – das lässt sich nicht trennen.

Oliver Nebel: „Alles, was an Gestein verwittert, hinterlässt Spuren im Ozean.“ Und die Grenze, wo sich der Ozeanboden auflöst und das Meerwasser anfängt, lasse sich nicht klar ziehen. „Das ist wie bei einem Regebogen. Da kann man auch nicht sagen, wo die eine Farbe endet und die andere beginnt. Und erst, wenn ich alles zusammennehme, ergibt es wieder Licht. So ist es auch mit unserer Erde.“

Von Deutschland über die Niederlande nach Australien – und zurück

Sein eigener Weg begann relativ weit entfernt vom Ozean. Nebel stammt aus Hamm in Westfalen. Er studierte Geowissenschaften in Münster und promovierte auch dort. Danach ging er als Nachwuchswissenschaftler für drei Jahre nach Amsterdam. Dann folgte der Schritt ans andere Ende der Welt: Australien wurde für lange Zeit seine wissenschaftliche Heimat. Zunächst arbeitete er in Canberra, wechselte dann als Associate Professor an die Monash University in Melbourne. Dort gründete und leitete er das international anerkannte Monash Isotopia Laboratory, ein hochmodernes Zentrum für Isotopenanalysen.

Nach mehr als zwei Jahrzehnten im Ausland kehrt er nun zurück nach Deutschland und bekleidet seit November vergangenen Jahres eine Heisenberg-Professur und den Lehrstuhl für Magmatische Geochemie an der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der CAU und in der Forschungseinheit Magmatische und hydrothermale Systeme am GEOMAR.

Die Arbeitsbedingungen in Forschung und Lehre im Verbund von Universität und Helmholtz-Zentrum findet er ideal. „Dies bietet nicht nur die Möglichkeit, unsere nächste Generation weiter auszubilden, sondern auch, sich mit vielen fachverwandten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern auszutauschen und multidisziplinäre Forschung auf höchstem Niveau zu betreiben. So macht Spitzenforschung Spaß!“

Explosive Vulkane und ein verborgener Ozean im Erdinneren

In seiner wissenschaftlichen Laufbahn hatte Nebel bisher meist festen Boden unter den Füßen. Das wird sich voraussichtlich bald ändern. Schon bald wird er erstmals auf eine Schiffsexpedition gehen: Mit dem deutschen Forschungsschiff SONNE soll der vulkanische Meeresboden des Pazifiks beprobt werden. Momentan ist er bereits mit einem internationalen Team auf einer kleinen, vulkanischen Insel im zentralen Pazifik unterwegs. Dort wollen die Forschenden untersuchen, wie Magma im Erdinneren entsteht und welche Rolle Wasser dabei spielt. Denn Wasser, das – besonders an den Rändern der Erdplatten – mit absinkenden Gesteinsplatten tief in den Erdmantel gelangt, kann explosive Folgen für Vulkane haben.

Die große Frage: Wie entstanden der Ozean und die Kontinente?

Dieses Wasser kann viel über die Geschichte des Planeten erzählen, wenn es lange im Erdinnern eingeschlossen war und durch eine Eruption als chemische Signatur im Magma wieder an die Oberfläche kommt. Und damit hilft es, die andere große Frage zu beantworten, die den Geologen umtreibt. Nebel: „Ich möchte verstehen, warum, wann und wie die Kontinente aus dem Wasser aufgetaucht sind, auf denen wir heute herumlaufen.“ Um Antworten zu finden, reist Nebel experimentell Milliarden Jahre zurück.

Dabei helfen ihm hochpräzise Messmethoden, wie etwa das Wiegen von Atomen unterschiedlicher Ausprägung – die Isotope der chemischen Elemente – mit einer Genauigkeit, die Unterschiede im Millionstel Bereich sichtbar macht. Solche Isotopen-Proxies, also indirekte chemische Hinweise, verraten, wann Wasser in geologischen Prozessen eine Rolle gespielt hat. Nebel erläutert: „Wenn Wasser verdampft oder durch Gestein zirkuliert, werden leichtere Isotope etwas leichter transportiert als schwerere. Solche Unterschiede hinterlassen messbare Signaturen im Gestein. Wir können das Wasser heute nicht mehr sehen, aber wir können rekonstruieren, dass es einmal da war.“ Radiogene Isotope, also solche aus radioaktivem Zerfall, ermöglichen außerdem eine präzise Datierung von Gesteinen.

Für diese Methoden braucht es hochspezialisierte Technik, die ihm hier am GEOMAR zur Verfügung steht: extrem empfindliche Massenspektrometer und Reinstraumlabore, um die Proben nicht zu kontaminieren. Und Forschungsschiffe, die es ermöglichen Tiefseegesteine zu bergen und mit denen man zu kleinen Inseln gelangt, deren Gesteine verraten, wie der Erdmantel arbeitet, wie Stoffe über geologische Zeiträume recycelt werden und welche Rolle Wasser dabei spielt. Oliver Nebel nutzt alle Möglichkeiten, um herauszufinden, wie alles zusammenhängt. „Dafür gehe ich sogar an Bord eines Schiffes“, sagt er mit einem Augenzwinkern.