Eisen in „Atomium“-Struktur - scinexx | Das Wissensmagazin
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Superkompakte Atompackung im Inneren Erdkern

Eisen in „Atomium“-Struktur

Alle Indizien sprechen dafür, dass äußerer und innerer Erdkern aus Metall, höchstwahrscheinlich vorwiegend aus Eisen, bestehen. 2007 gelang es schwedischen und russischen Forschern sogar herauszufinden, in welcher Form dieses Eisen im festen, inneren Kern angeordnet ist.

Wellenaufzeichnung per Seismometer © CC-by-sa 3.0

Rätselhaft langsame Wellen

Schon länger hatte man beobachtet, dass Wellen an der Oberfläche und im Inneren des inneren Kerns unerklärlich langsam liefen – fast so, als wenn dieser Kernbereich nicht ganz fest, sondern weich und sogar zähfließend wäre. Aber fest musste er sein, damit er zusammen mit dem flüssigen äußeren Kern den Magnetdynamo antreiben kann. Zudem waren die Wellengeschwindigkeiten höher, wenn diese den Kern in Nord-Süd-Richtung passierten und geringer, wenn sie von dieser Achse abwichen.

Atome in „Atomium“-Formation?

Eine erste Erklärung lieferte eine auf den Wellendaten basierende Simulation auf einem Supercomputer. Sie ergab, dass die Eisenatome unter dem gewaltigen Druck und der Hitze eine besondere Konformation einnehmen können: Sie sind nicht alle gleich fest miteinander verbunden sondern bilden würfelförmige Strukturen, eine so genannte raumzentrierte kubische Gitteranordnung. Diese wurde in großem Maßstab symbolisch in den Kugeln des „Atomium“ in Brüssel aufgegriffen. Die einzelnen Würfel dieser Kristallstruktur sind dabei mit ihren Nachbarn nur lose, wie mit Gummibändern, verknüpft. Das erlaubt ein seitliches Verschieben und Gleiten und könnte die Plastizität des inneren Kerns erklären, ohne die Theorie zum Magnetdynamo zu gefährden.

Kubisch-raumzentrierte Elementarzelle eines Eisenkristalls © gemeinfrei

Labor „spielt“ Erdkern

Noch im gleichen Jahr lieferte ein in „Science“ vorgestelltes Laborexperiment einer anderen internationalen Forschergruppe ein weiteres Puzzleteil zur Untermauerung dieser Theorie: Den Wissenschaftlern war es gelungen, eine Eisen-Nickel-Legierung entsprechend der für den Erdkern postulierten Drücken von mehr als 225 Gigapascal und Temperaturen über 3.200°C auszusetzen. Diese im Labor experimentell erzeugten Bedingungen entsprechen denen im Erdinneren in einer Tiefe von 4.000 Kilometern.

Unter diesen Umständen wies die eingesetzte Legierung tatsächlich abrupte Änderungen in den Werten des elektrischen Widerstands auf. Röntgenbeugungsanalysen offenbarten einen Phasenübergang von der bekannten hexagonalen, dicht gepackten Struktur in die kubisch-raumzentrierte Phase mit einer um noch einmal um zwei Prozent verringerten Dichte. Damit war belegt, dass das Eisen im Erdkern tatsächlich in dieser besonderen Formation vorliegt.

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Doch auch wenn dieser Punkt geklärt scheint – noch sind die Forscher weit davon entfernt, die Strukturen und Prozesse im Kern oder im Erdmantel restlos verstanden und aufgeklärt zu haben. Ganz im Gegenteil: Fast jede neue Erkenntnis wirft auch wieder neue Fragen auf. Die „Reise zum Mittelpunkt der Erde“ ist demnach noch lange nicht zu Ende.

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Nadja Podbregar
Stand: 06.08.2010

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Reise zum Mittelpunkt der Erde
Neues aus dem Inneren unseres Planeten

„Erdkartoffel“ verrät Krustenvorgänge
Schwerkraftmessungen blicken auch unter die Oberfläche

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Was seismische Wellen über die Beschaffenheit des Erdinneren verraten

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Blick in die Erdkruste

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Der Erdmantel und die Plattentektonik

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Kompakt ist Trumpf
Einmal vom oberen Mantel bis zur Kerngrenze

Wirbel im Metallbad
Was das Magnetfeld über den Erdkern verrät

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Superkompakte Atompackung im Inneren Erdkern

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