Vergleicht man die Erde mit einem menschlichen Körper, liegt in einer Tiefe von 5.100 das Herz unseres Planeten: der Erdkern. Doch noch immer ist längst nicht alles über diesen bekannt. Vor allem ein Phänomen stellt die Wissenschaft seit Jahrzehnten vor Rätsel. Ein Forschungsteam ist nun aber zu einer neuen Entdeckung gelangt, die vorherige Theorien infrage stellt.

Erdkern hat enorme Bedeutung für unser Leben

Obwohl sich der Erdkern tief im Boden unseres Planeten befindet, ist dieser essenziell für die Lebensbedingungen auf der Oberfläche. Ohne die feste Kugel aus Eisen und Nickel, „würden wir […] wahrscheinlich nicht einmal existieren“, erklärt der Geophysiker Alfred Wilson-Spencer in einem Artikel für das Magazin The Conversation.

Das liegt auch daran, dass wir keinen physischen Zugang zum Kern haben. „Die Menschheit hat bisher nur 12 km tief in die Erde gebohrt“, so Wilson-Spencer. Daher verlässt sich die Wissenschaft „fast ausschließlich auf die Seismologie, um das Innere unseres Planeten zu verstehen.“ Also der Aufzeichnungen der von Erdbeben erzeugten Bodenbewegung.

Wilson-Spencer ist auch der Hauptautor einer neuen Studie, die einem Geheimnis unseres Erdkerns jetzt genauer auf dem Grund gehen soll. Diese wurde noch nicht offiziell veröffentlicht, lässt sich auf Earth ArXiv jedoch bereits einsehen. Darin schreibt das Forschungsteam: „Das Wachstum des festen inneren Kerns der Erde treibt den Geodynamo an und erzeugt ein globales Magnetfeld, das die Atmosphäre und die Oberfläche vor schädlicher Sonnenstrahlung schützt. Doch trotz seiner Bedeutung bleiben die Ursprünge des inneren Kerns rätselhaft.“

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Entdeckung stellt traditionelle Ansicht infrage

In der neuen Studie geht es dabei um neue Erkenntnisse, die genau dieses Wachstum betreffen, welches so wichtig für unser Magnetfeld ist. Dieses wurde bisher vor allem durch ein „Gefrieren“ des Erdkerns erklärt. Obwohl dieser mit einer Temperatur von mindestens 5.000 Kelvin, also etwa 4726,85 Grad Celsius immer noch extrem heiß ist.

„Die traditionelle Ansicht über das Wachstum des inneren Erdkerns ist, dass die Temperatur im Erdmittelpunkt sank, bis sie die Schmelztemperatur der flüssigen Eisenlegierung erreichte, an der das Gefrieren des inneren Erdkerns begann“, erklärt das Team in seinem Artikel.

„Dieses Bild ist jedoch unvollständig“, fügen die Forscher hinzu. Das Team untersuchte, wie sich die Anwesenheit anderer Elemente im Kern auf dessen Unterkühlung auswirken könnte. Dazu simulierten sie die Wechselwirkungen von Eisen- und Kohlenstoffatomen unter starkem Druck mithilfe eines Supercomputers. Dabei sind sie zu einer neuen Entdeckung gelangt.

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Prozess der „Unterkühlung“

Diese Studie stellt fest, dass Kohlenstoff das einzige getestete Element ist, das das anfängliche Gefrieren erklären kann. Diese Entdeckung würde auch die Annahmen über die Temperaturen im Erdinneren erheblich beeinflussen. Frühere Modelle legen nahe, dass das flüssige Eisen um etwa 700 bis 1.000 Kelvin unterkühlt werden müsste, damit der Kern in einem Zeitraum von etwa 1 Milliarde Jahren „einfriert“.

Dabei hat die Wissenschaft sich bisher vor allem auf den Prozess der „Unterkühlung“ konzentriert. „Unterkühlung liegt vor, wenn eine Flüssigkeit unter ihren Gefrierpunkt abgekühlt wird, ohne fest zu werden. Dies passiert bei Wasser in der Atmosphäre, das manchmal -30 °C erreicht, bevor es Hagel bildet, und auch bei Eisen im Erdkern“, erklärt Wilson-Spencer. Doch in Bezug auf den Kohlenstoff konnte das Team feststellen, dass der Kern mit weitaus weniger Unterkühlung erstarren könnte. Der neuen Studie zufolge könnte diese bereits bei unter 400 Kelvin liegen.

Dabei stellt sich vielen vermutlich die Frage, warum diese neuen Erkenntnisse über den Erdkern wichtig für unser Leben auf der Oberfläche sind. Wilson-Spencer stellt jedoch klar: „Das Verständnis der Signatur der inneren Kernbildung […] ist für diejenigen von entscheidender Bedeutung, die die Auswirkungen der Sonnenstrahlung auf Massenaussterben untersuchen. Solange wir die Geschichte des Magnetfelds nicht besser verstehen, können wir seine Rolle bei der Entstehung bewohnbarer Bedingungen und von Leben nicht vollständig bestimmen.“

Quellen: The Conversation, „Constraining Earth’s core composition from inner core nucleation“ (Earth Arxiv, 2024)

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