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Donnerstag, 24.04.2014

„Abtauchen“ in den Erdkern

Inneres unseres Planeten noch unbekannter als ferne Welten

Wir wissen heute mehr über ferne Himmelskörper als über das Innere unsere eigenen Planeten. Genau deshalb wurde jetzt ein internationales und fächerübergreifendes Forschungsprogramm ins Leben gerufen, dass das Grundwissen über den Erdkern zukünftig erweitern soll.
Wie entstand der Erdkern?

Wie entstand der Erdkern?

Das Hauptziel des von Leonid Dubrovinsky von der Universität Bayreuth geleiteten Projektes ist die Verbesserung des Wissens über die Eigenschaften des Erdkerns. Um sowohl die Entwicklung und gegenwärtige Prozesse im Inneren unserer dynamischen Erde zu verstehen, als auch Voraussagen über geophysikalische Abläufe zu treffen, wie zum Beispiel zum Verhalten des erdmagnetischen Feldes, müssen die bisherigen Kenntnisse auf diesem Gebiet wesentlich vergrößert werden, so die Ansicht der Forscher.

Rätsel der Elemente


Heutzutage geht die Wissenschaft davon aus, dass der Erdkern im Wesentlichen aus Eisen (Fe) mit einer zehn bis 20-prozentigen Nickellegierung besteht. Man hat jedoch erkannt, dass der schmelzflüssige äußere Erdkern eine um zehn Prozent geringere Dichte als reines metallisches Eisen aufweist. Daher müssen andere Elemente, die leichter als Eisen sind, zu einem signifikanten Anteil zur Zusammensetzung des Erdkerns beitragen. Als in Frage kommende Elemente wurden bisher Verbindungen mit Silizium, Schwefel, Sauerstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff diskutiert.

Eine erfolgreiche Interpretation von vorliegenden geophysikalischen Messdaten ist jedoch nur möglich, wenn äußerst präzise Kenntnisse über die chemische Zusammensetzung, die Struktur und Phasenstabilität von Legierungen auf Eisen-Basis unter den extremen physikalischen Bedingungen des Erdkerns verfügbar sind. Hier sind Drücke von 150 bis 350 Giga- Pascal (1,5 bis 3,5 Millionen Atmosphären) und Temperaturen bis 6.000 °C gemeint. Das Vorstoßen in diese hohen Druck- und Temperaturbereiche erforderte die Entwicklung ganz neuartiger experimenteller Techniken.

Trotzdem sind die extremen Druckbereiche noch nicht zugänglich, hier müssen experimentelle Methoden mit theoretischen Ansätzen kombiniert werden. Die Wissenschaftler ziehen hier sogar die Quantenmechanik zur Erforschung des Erdkerns heran, da sich mit ihr sich mikroskopische Prozesse im atomistischen Maßstab beschreiben lassen. In Verbindung mit leistungsfähigen Computerkapazitäten bildet sie eine moderne Grundlage für die Vorhersage von Materialeigenschaften, über die bisher keine experimentellen Daten vorliegen.

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