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Der Erdkern könnte mit einer Kristallschicht überzogen sein, zeigt eine neue Studie

Eine künstlerische Darstellung, wie Wasser in die Erde eindringen und eine Kristallschicht um den Erdkern bilden könnte. - Copyright: Image courtesy Yonsei University
Eine künstlerische Darstellung, wie Wasser in die Erde eindringen und eine Kristallschicht um den Erdkern bilden könnte. - Copyright: Image courtesy Yonsei University

Einer Studie zufolge könnte Wasser, das von der Erdoberfläche austritt, den äußeren Rand des Erdkerns verändern und ihn in eine Schicht aus Kristallen hüllen. Die experimentelle Forschung könnte dazu beitragen, das Geheimnis eines schwer fassbaren Teils unseres Planeten zu lüften. Dieser als "E-Prime-Schicht" bekannte Bereich im äußeren Erdkern stellte Wissenschaftler lange Zeit vor ein Rätsel.

Studie zeigt: Erdkern könnte mit einer Kristallschicht überzogen sein

Die Forschung könnte auch die Vorstellung infrage stellen, dass der geschmolzene Eisenkern der Erde nahezu hermetisch verschlossen ist, sagt Studienautor Dan Shim laut einer Pressemitteilung. Er ist Professor für Erd- und Weltraumforschung an der Arizona State University.

"Jahrelang hat man geglaubt, dass der Materialaustausch zwischen Erdkern und Erdmantel gering ist. Unsere jüngsten Hochdruckexperimente zeigen jedoch eine andere Geschichte", so Shim. Das Ergebnis "deutet auf eine weitaus dynamischere Wechselwirkung zwischen Kern und Mantel hin, was auf einen erheblichen Materialaustausch schließen lässt". Ein anderer Experte sagt jedoch, dass mehr Beweise nötig seien, um diese Theorie zu stützen.

Wir wissen noch immer nicht alles über das Innere unseres Planeten

Der Erdkern befindet sich nur etwa 1.800 Meilen (ca. 2.897 km) unter unseren Füßen, aber er ist unzugänglicher als der Mars. Wegen des hohen Drucks und der hohen Temperaturen können wir nicht hinuntergehen, um selbst zu sehen, was dort vor sich geht.

Eine Möglichkeit, unter unsere Füße zu blicken, besteht darin, zu untersuchen, wie seismische Wellen von Strukturen im Erdinneren abgelenkt werden. Und einige dieser Daten stimmen nicht mit dem überein, was wir über unseren Planeten wissen. Eines dieser Rätsel ist eine Zone am äußeren Rand des Eisenkerns unserer Erde, in der sich seismische Wellen unerwartet abschwächen.

Diese Zone, die zwischen einigen Dutzend und einigen hundert Kilometern breit ist, wurde vorläufig als eigenständige Schicht bezeichnet und erhielt den Namen E-Prime.

Wassergesättigte Mineralien könnten Kristalle am Rande des Kerns bilden

Die Wissenschaftler haben noch keine gute Erklärung für diese Daten gefunden. Das ist aber wichtig, denn: Das Verständnis des Erdkerns hilft uns nicht nur zu entschlüsseln, wie unser Planet entstanden ist und sich weiter entwickelt. Auch kann er Aufschluss über Schwankungen im Magnetfeld der Erde geben.

Mit ihrer Studie, die am 13. November in der Fachzeitschrift "Nature Geosciences" veröffentlicht wurde, haben Shim und seine Kollegen eine neue Theorie zur Erklärung der Bildung der E-Kernschicht aufgestellt. Das Wasser, das von der Oberfläche austritt, kann die Außenseite des Kerns erreichen und dessen chemische Zusammensetzung verändern.

Dieses Wasser würde nicht als Flüssigkeit in die Erde sickern. Stattdessen würde es von Mineralien getragen, die in ihrer chemischen Struktur viel Wasserstoff und Sauerstoff enthalten. Diese werden als "wasserhaltige" Mineralien bezeichnet.

An artist's representation of crystals forming from water melding with elements found in the inner core. - Copyright: Dan Shim/ASU
An artist's representation of crystals forming from water melding with elements found in the inner core. - Copyright: Dan Shim/ASU

Um ihre Hypothese zu untermauern, simulierten die Wissenschaftler im Labor die Hochdruckbedingungen des äußeren Erdkerns. Sie fanden heraus, dass Eisen-Kieselsäure-Legierungen (aus denen der Erdkern vermutlich besteht) unter diesen Bedingungen wasserstoffreiche und kieselsäurearme Elemente erzeugen. Das würde die bizarren seismischen Daten um die E-Prime-Schicht erklären.

Gleichzeitig glauben die Wissenschaftler, dass die Reaktion auch Silikatkristalle auslösen würde. Diese würden in Richtung Erdmantel wandern und eine dichte Schicht aus Siliziumdioxid bilden, die den Kern umhüllt, heißt es in der Pressemitteilung. "Wir haben herausgefunden, dass Wasser, wenn es die Kern-Mantel-Grenze erreicht, mit Silizium im Kern reagiert und Siliziumdioxid bildet", so Shim.

Die Idee ist sehr weit hergeholt. Wissenschaftler neigen zu der Annahme, dass der Kern nur sehr wenig Material aus dem Mantel erhält. Wenn sie sich als wahr erweist, könnte sie das, was wir glauben, darüber wissen, wie sich das Wasser im Inneren der Erde bewegt, als unwahr herausstellen. Das hätte "tiefgreifende Auswirkungen auf die geochemischen Zyklen, die den Oberflächenwasserzyklus mit dem tiefen Metallkern verbinden", so die Wissenschaftler in der Pressemitteilung.

Jon Wade, Professor für planetare Materialien an der Universität Oxford, erklärte gegenüber Business Insider (BI) in einer E-Mail, dass die Theorie "weitere Belege benötigt", um breite Zustimmung zu finden.

Es gibt einige Hinweise darauf, dass wasserhaltige Mineralien in die Erde gesaugt werden können. Eine Studie aus dem Jahr 2014 legt sogar nahe, dass es ein Reservoir wasserreicher Mineralien geben könnte. Das könnte dreimal so groß wie die Ozeane an der Oberfläche sein und etwa 400 Meilen (ca. 644 km) unter der Erdkruste lagern.

Aber es ist nicht klar, ob dieser Prozess Wasser bis zum Erdkern bringen würde. Und ob genug Wasser so weit ins Erdinnere gelangen würde, um eine Reaktion in einer Größenordnung auszulösen, die die E Prime-Schicht erklären könnte, so Wade.

"Selbst wenn eine gewisse Menge Wasser in die Tiefe der Erde transportiert wird, gibt es viele Orte (3000 km Erdmantel), an die das Wasser 'verloren' gehen kann, bevor es die Kern-Mantel-Grenze erreicht", so Wade. "Könnte das also passieren? Ja, vielleicht. Tut es das? Ich weiß es nicht, wahrscheinlich bestenfalls eine sehr geringe Menge", fügt er hinzu.

Für ihn wäre es wahrscheinlicher, dass der Wasserstoff durch eine Reaktion mit den Kernmaterialien im Kern eingeschlossen wurde, zum Beispiel bei der Entstehung der Erde. "Es können auch andere Mechanismen im Spiel sein, die das gleiche Ergebnis erzielen. Das ist alles sehr spekulativ, aber interessant, darüber nachzudenken".

Shim stimmt zu, dass es nicht klar ist, wie viel Wasser die E-Prime-Schicht erreichen kann, sagte aber, dass selbst eine kleine Menge Wasser genug chemische Reaktionen auslösen könnte, um Kristalle zu bilden. Er fügt hinzu, dass seine Berechnungen zeigen, dass er die E-Prime-Schicht mit einer Reihe von Wassertransport-Szenarien "einigermaßen gut" erklären kann.

Den Originalartikel findet ihr hier.