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Geheimnis des Erdkerns entschlüsselt!

Beitragsbild: titech.ac.jp

Was ist im Erdinneren für das Magnetfeld verantwortlich?

Über den inneren Erdkern weiß die Forschung noch lange nicht alles. Dass er im Zusammenspiel mit dem flüssigen Teil darum herum, dem äußeren Erdkern, für das Erdmagnetfeld verantwortlich ist, steht fest. Ohne dieses schützende Feld, wäre Leben auf der Erde nicht möglich. Der innere Kern hat einen Durchmesser von rund 5100 Kilometern, der Druck dort beträgt 3,64 Millionen bar. Und ganz schön warm ist es dort unten auch, circa 5700 Grad Celsius herrschen da.

“Der Erdkern besteht zum größten Teil aus Eisen und ein wenig Nickel, enthält aber auch rund zehn Prozent leichtere Elemente wie Silizium, Sauerstoff, Schwefel, Kohlenstoff, Wasserstoff und weitere“, so Kei Hirose vom Institut für Technologie in Tokio.

Den Forschern war bisher allerdings nicht ganz klar, wie sich die Elemente anteilsmässig zusammensetzen. Daher haben sie ein Experiment gestartet, um diese Frage zu klären.

Dazu nahmen sie die im Erdkern enthaltenen Elemente und erhitzen diese mit einem Laser auf bis zu 4.500 Grad Celsius. Um den Verhältnissen im Erdinnern näher zukommen, erzeugten sie außerdem mit Hilfe einer Diamantstempelpresse einen Druck von 450 Gigapascal. Dann untersuchten sie, welche Legierungen sich unter diesen Bedingungen bildeten.

“In der Vergangenheit hat sich die Forschung zu Legierungen im Erdkern meist auf Legierungen aus Eisen mit einem weiteren Element konzentriert (…) Aber wir haben uns entschieden, in unseren Elementen Legierungen mit zwei zusätzlichen Elementen zu testen, von denen wir glauben, dass sie beide im Erdkern vorkommen”, so Hirose zu der Vorgehensweise der Forscher.

Es kam allerdings nicht zur Bildung einer Eisenlegierung, wie man es vielleicht erwartet hätte. Stattdessen entstand Siliciumdioxid. Und das ist nichts anderes als Quarz. Aber das bitte nicht mit Sand verwechseln, Quarz ist zwar in Sand enthalten aber Sand ist im Umkehrschluss nicht zwangsläufig Quarz.
Das Siliciumdioxid wurde ab einem gewissen Grad der Abkühlung während des Experiments zu Kristall und hinterließ das Eisen. Das gibt den Forschern Aufschluss über die möglichen Anteile von Silizium und Sauerstoff innerhalb des Erdkerns. Denn dieser Prozess mit Siliciumdioxid könnte sich dort genau wie im Experiment abspielen. Siliciumdioxid kann nur bei einem bestimmten Verhältnis der beiden Elemente entstehen. 

Außerdem würde sich so die Zusammensetzung des Erdinnern mit der langsamen Abkühlung des Planeten über die Zeit verändern.

Zitat der Forscher: “Eine Abkühlung um 100 Kelvin würde unserem thermodynamischen Modell nach zu einer rund zwei Kilometer dicken Schicht aus reinem Siliziumdioxid an der Kern-Mantel-Grenze führen”.

Für die Forscher hat dieser mögliche Prozess eine weitere Folge“Wenn die Kristallisation in geringerer Tiefe beginnt, sammelt sich das SiO2 ( Siliciumdioxid) an der Oberseite des Kerns, die dichtere Restflüssigkeit mit weniger Silizium und Sauerstoff sinkt dagegen in den tiefen Kern ab”, und das wiederum müsste das Erdmagnetfeld beeinflussen.

Die Forscher glauben auch, dass ihr Experiment zeigt, woher die Energie in der jungen Phase der Erde kam, um den Erddynamo in Gang zu bringen und so das Erdmagnetfeld auszubilden. Dazu Hirose: “Unsere Berechnungen zeigen, dass die Kristallisation von Siliziumdioxid eine immense Energiequelle für das Magnetfeld gewesen sein könnte.”

Quellen:
http://www.titech.ac.jp/english/news/2017/037646.html
http://www.elsi.jp/en/news/highlights/2017/02/201702_pressrelease_ballmer.html
http://www.nature.com/nature/journal/v543/n7643/full/nature21367.html
http://www.titech.ac.jp/english/news/pdf/tokyotechpr_en_ballmer_20170228.pdf
http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-21201-2017-02-27.html

Tags Erdkern

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