Forscher ermitteln mit Diamant-Amboss erstmals Dichte des äußeren Erdkerns

Um die Bedingungen am geschmolzenen äußeren Erdkern zu untersuchen, haben Forscher erfolgreich die Dichte des flüssigen Eisens bestimmt. Zudem konnte man auch die Schallausbreitungsgeschwindigkeit bei extrem hohen Drücken erkennen.

Dies wurde durch die Verwendung eines hochspezialisierten Diamant-Ambosses und ausgefeilter Röntgenmessungen erreicht. Ihre Ergebnisse bestätigen, dass der geschmolzene äußere Kern weniger dicht als flüssiges Eisen ist. Sie legen auch Werte für diese Diskrepanz vor.

Jules Vernes Roman „Reise zum Erdmittelpunkt“ von 1864 entführt Entdecker auf eine fantasievolle Reise in den Erdkern, wo sie eine gigantische hohle Höhle finden, in der sich eine prähistorische Umgebung befindet, sowie Dinosaurier. Sie gelangen dorthin dank einer panzerartigen Bohrmaschine, die durch Vulkane navigiert. Diese Geschichte ist weit entfernt von der Realität, in der Forscher die innere Erde mit einer Reihe von Techniken und Instrumenten erkunden.

Fester Erdkern

Dank seismischer Apparate ist seit langem bekannt, dass im Herzen der Erde ein fester Kern liegt, der von einer weniger dichten Flüssigkeit umgeben ist. Zum ersten Mal haben jetzt Experimente und Simulationen den Forschern Details über diesen äußeren Kern gezeigt. Und diese Forschungen enthalten einige faszinierende Details.

„Die Simulation der Bedingungen im Erdmittelpunkt hier oben an der Oberfläche ist nicht einfach“, bemerkte Projektassistent Professor Yasuhiro Kuwayama vom „Department of Earth and Planetary Science“. „Wir haben einen Diamant-Amboss verwendet, um eine Probe flüssigen Eisens zu komprimieren, die starker Hitze ausgesetzt war. Aber wir mussten nicht nur die Bedingungen schaffen, sondern sie auch lange genug aufrechterhalten, um unsere Messungen durchführen zu können. Dies war die eigentliche Herausforderung.“

Flüssige Probe schwer zu messen

Es ist schwieriger, die Dichte einer flüssigen Probe, als jene einer festen Probe zu messen. Mit einem einzigartigen Versuchsaufbau rund um den Diamant-Amboss über zwei Jahrzehnte haben Kuwayama und sein Team ihre Forschungen ausreichend für wichtige Daten praktiziert. Sie verwendeten eine hochfokussierte Röntgenquelle aus dem SPring-8-Synchrotron in Japan, um die Probe auf ihre Dichte zu messen.

„Wir haben festgestellt, dass die Dichte von flüssigem Eisen, wie sie im äußeren Kern zu finden ist, bei einem Druck von 116 Gigapascal etwa 10 Tonnen pro Kubikmeter aufweist“, erklärte Kuwayama. „Diese Probe ist mehr als 16 Mal heißer als die Zimmertemperatur und 10 Mal dichter als Wasser.“

Im Vergleich zu dieser neuen Messung scheint die Dichte des äußeren Erdkerns etwa 8 Prozent weniger dicht zu sein, als die von reinem flüssigem Eisen. Das Ergebnis hier ist, dass es zusätzliche leichtere Elemente im geschmolzenen äußeren Kern gibt, die derzeit nicht identifiziert werden. Eines ist klar: Diese Forschung hilft anderen bei ihrer Suche nach mehr Geheimnissen aus der Tiefe der Erde.

Studie wichtig für Erkenntnisse

„Es ist wichtig, diese Dinge zu untersuchen, um in dieser Thematik mehr zu verstehen. Nicht nur über den Erdkern, sondern auch über die Zusammensetzung und damit das Verhalten anderer Planeten“, schloss Kuwayama.

„Es ist wichtig anzumerken, dass uns nicht nur ausgefeilte Geräte beim Auffinden dieser neuen Informationen geholfen haben. Vielmehr halfen auch sorgfältige mathematische Modellierungs- und Analysemethoden. Wir waren angenehm überrascht, wie effektiv dieser Ansatz war. Und wir hoffen, dass er zu einem besseren Verständnis der Welt unter unseren Füßen beiträgt.“ (cs)