Der innere Kern der Erde kann einen ganz anderen Kern enthalten

Das Herz der Erde könnte eine geheime Kammer haben. Der innere Kern des Planeten ist nicht nur eine feste Kugel aus Nickel und Eisen, sagen Forscher, sondern enthält zwei eigene Schichten: eine ausgeprägte zentrale Region, die in eine äußere Hülle eingebettet ist.

Wissenschaftler sagen, dass sie die Existenz dieses innersten inneren Kerns bestätigt haben, indem sie eine Art von zuvor unbeschriebener seismischer Welle benutzten, die nicht nur durch den Erdkern wandert, sondern auch durch das Innere hin und her springt und dabei unschätzbare Daten über die Struktur des Kerns sammelt.

Die Forscher konzentrierten sich auf Erdbeben der Stärke 6 oder mehr, die in den letzten zehn Jahren aufgetreten sind, und kombinierten Daten zu diesen Beben, die an seismischen Stationen auf der ganzen Welt gesammelt wurden. Durch die Kombination dieser Signale war es möglich, selbst sehr schwache Reflexionen der seismischen Wellen zu erkennen. Von den etwa 200 analysierten Beben erzeugten 16 Ereignisse seismische Wellen, die nachweisbar mehrmals durch den inneren Kern prallten.

Der Ursprung, die Struktur und das Schicksal des Erdkerns sind von großem Interesse, da der Kern das Magnetfeld des Planeten erzeugt, das die Erde vor geladenen Teilchen schützt, die von der Sonne ausgestoßen werden, und dazu beiträgt, die Bewohner des Planeten vor zu viel Strahlung zu schützen.

„Zu verstehen, wie sich das Magnetfeld entwickelt, ist extrem wichtig für das Leben auf der Erdoberfläche“, sagt Hrvoje Tkalčić, Seismologe an der Australian National University in Canberra.

Der gesamte Kern, etwa 6.600 Kilometer im Durchmesser, besteht aus zwei Hauptteilen: einem flüssigen äußeren Kern und einem festen inneren Kern (SN: 23.01.23). Wenn eisenreiche Flüssigkeit im äußeren Kern zirkuliert, kühlt ein Teil des Materials ab, kristallisiert und sinkt, um ein festes Zentrum zu bilden. Dieses Zusammenspiel erzeugt das Magnetfeld der Erde.

Wann dieser wirbelnde Tanz zum ersten Mal begann, ist nicht sicher, aber einige Studien deuten darauf hin, dass er erst vor 565 Millionen Jahren stattfand, nur ein Bruchteil der 4,6 Milliarden Jahre langen Lebensdauer der Erde (SN: 28.01.19). Dieser Tanz ist von Zeit zu Zeit ins Stocken geraten, seine stotternden Schritte sind in winzigen magnetischen Körnern in Felsen konserviert. Diese Daten deuten darauf hin, dass sich die Magnetpole des Planeten im Laufe der Jahre viele Male umgedreht haben, wodurch das Magnetfeld vorübergehend geschwächt wurde (SN: 18.02.21). Wenn immer mehr Kristalle abkühlen, wird der Tanz schließlich langsamer und enden, wodurch das Magnetfeld des Planeten in Millionen oder Milliarden von Jahren abgeschaltet wird.

Verschiedene Arten und Strukturen von Mineralien sowie unterschiedliche Flüssigkeitsmengen im Untergrund können die Geschwindigkeit seismischer Wellen verändern, die durch die Erde wandern, und Hinweise auf die Zusammensetzung des Inneren liefern. Im Jahr 2002 stellten Forscher fest, dass sich seismische Wellen, die durch den innersten Teil der Erde wandern, in einer Richtung relativ zu den Polen des Planeten etwas langsamer bewegen als in anderen Richtungen. Das deutet darauf hin, dass es dort eine Kuriosität gibt – vielleicht einen Unterschied in der Kristallstruktur. Dieses verborgene Herz, so schlug das Team vor, könnte eine Art Fossil sein: ein lange erhaltenes Überbleibsel aus der frühen Entstehung des Kerns.

Seit dieser Beobachtung haben Tkalčić und andere über seismische Daten gebrütet und unabhängige Beweislinien gefunden, die die Idee eines innersten inneren Kerns unterstützen. Die widerhallenden seismischen Wellen, beschrieben am 21. Februar in Naturkommunikationzeigen ebenfalls eine Verlangsamung und sind der bisher stärkste Beweis dafür, dass dieses verborgene Herz existiert.

Anhand dieser seismischen Daten schätzen Tkalčić und der Seismologe Thanh-Son Phạm, ebenfalls von der Australian National University, dass dieses innere Herz einen Durchmesser von etwa 600 Kilometern oder etwa die Hälfte des Durchmessers des gesamten inneren Kerns hat. Und das Paar war in der Lage, die Richtung der langsamsten Wellen bei etwa 50 Grad relativ zur Rotationsachse der Erde zu bestimmen, was einen besseren Einblick in die Region ermöglichte.

Die genaue Quelle der Wellenverlangsamung ist nicht klar, sagt Tkalčić. Das Phänomen könnte mit der Struktur der Eisenkristalle zusammenhängen, die weiter im Zentrum unterschiedlich gepackt sein können. Oder es könnte von einer anderen Kristallausrichtung stammen, die durch ein lang zurückliegendes globales Ereignis verursacht wurde, das die Art und Weise veränderte, wie Kristalle des inneren Kerns aus dem äußeren Kern heraus erstarrten.

Der innere Kern birgt auch viele andere Geheimnisse. Leichtere Elemente, die in geringen Mengen im Kern vorhanden sind – Wasserstoff, Kohlenstoff, Sauerstoff – können in einem flüssigkeitsähnlichen „superionischen“ Zustand um das feste Eisen fließen, was das seismische Bild weiter verkompliziert (SN: 2/9/22).

Durch die Identifizierung und Meldung seismischer Wellen, die mehrfach durch das Innere des Planeten hin und her prallten, haben die Forscher einen unschätzbaren Beitrag geleistet, der den Forschern helfen wird, den Kern auf neue Weise zu untersuchen, sagt der Seismologe Paul Richards vom Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University in Palisades , NY

Dennoch ist die Interpretation des Teams der Struktur des inneren Kerns aus diesen Wellen „wahrscheinlich zweifelhafter“, sagt Richards, der nicht an der Arbeit beteiligt war.

Ein Grund für diese Unsicherheit ist, dass die Wellen beim Hin- und Herspringen schwächer und schwieriger in den Daten zu erkennen sind, sagt er. „Viele weitere Beobachtungen werden helfen zu entscheiden“, was diese neuen Daten über das Herz des Planeten enthüllen können.