Der Erdkern ist bis zu 6.800 °C heiß, kühlt jedoch immer schneller ab. Geht die gesamte Wärme verloren?

Es ist leicht, in den Himmel aufzusteigen, aber schwierig, in die Erde hinabzusteigen. Obwohl die Menschheit heute die Erde verlassen und in den Weltraum aufbrechen und unbemannte Sonden ins ferne Universum schicken kann, scheint es ihr nicht möglich zu sein, ins Erdinnere zu bohren.

Die Sowjetunion führte einst die tiefsten Bohrungen der Menschheitsgeschichte durch und erreichte dabei eine Tiefe von 12.262 Metern. Die durchschnittliche Tiefe der Erdkruste beträgt jedoch 17 Kilometer, die tiefste Bohrung erreichte sogar 70 Kilometer. Dies bedeutet, dass der Mensch die Erdkruste nicht einmal durchbrechen kann und die Erdkruste nur der dünnste Teil der Erdstruktur ist und lediglich 0,26 % des Erdradius ausmacht. Obwohl der Mensch die innere Struktur der Erde nicht direkt sehen kann, kann er sie doch durch indirekte Methoden verstehen, nämlich mithilfe seismischer Wellen.

Seismische Wellen können sich über große Entfernungen ausbreiten und ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit variiert je nach Materialdichte erheblich. Mithilfe dieser Funktion können wir auf die strukturellen Merkmale verschiedener Teile des Erdinneren schließen.

Aufgrund dieser Eigenschaften unterteilen wir den Aufbau der Erde von außen nach innen in Kruste, Mantel und Kern, wobei der Kern wiederum in äußeren und inneren Kern unterteilt werden kann. Die Kruste besteht aus festem Gestein, der Mantel befindet sich in geschmolzenem Zustand und der in der Mitte gelegene Kern besteht aus Eisen und Nickel. Diese Einschätzung wird getroffen, weil die Geschwindigkeit der sich im Kern ausbreitenden seismischen Wellen der Geschwindigkeit im Eisenmedium am nächsten kommt.

Die Temperatur des Erdkerns ist sehr hoch. Der äußere Kern erreicht etwa 4500 °C bis 6000 °C, während der innere Kern 6100 °C bis 6800 °C erreichen kann.

Obwohl die Temperatur des inneren Kerns höher ist als die des äußeren Kerns, ist der äußere Kern eine langsam fließende flüssige Substanz, während der innere Kern fest ist. Dies liegt daran, dass der Schmelzpunkt einer Substanz durch den Druck beeinflusst wird. Je höher der Druck, desto höher der Schmelzpunkt. Da der innere Kern unter extremem Druck steht, wird der Schmelzpunkt stark erhöht und es bildet sich eine feste Metallsubstanz. Warum ist es im Erdinneren so heiß? Sie entsteht zum einen durch Meteoriteneinschläge in der Frühphase der Erdentstehung, zum anderen durch den Zerfall radioaktiver Stoffe im Erdinneren. Allerdings nimmt der Zerfall radioaktiver Stoffe allmählich ab und die Wärme im Erdinneren geht allmählich verloren, sodass die Erde langsam abkühlt.

Die Abkühlung des Erdinneren erfolgt hauptsächlich auf zwei Arten. Eine davon ist die Wärmeleitung, bei der die Wärme vom Kern über den Mantel an die Kruste und dann an die Oberfläche übertragen wird. Allerdings ist die auf diese Weise freigesetzte Wärme sehr begrenzt und die Wärmeableitung der Erde beruht hauptsächlich auf thermischer Konvektion.

Der Mantel kann eine Konvektionsrate von bis zu 10 Zentimetern pro Jahr aufweisen, während die Konvektionsrate des flüssigen äußeren Kerns etwa 10 Kilometer pro Jahr beträgt. Es gibt jedoch keine gemischte Konvektion zwischen dem flüssigen äußeren Kern und dem Mantel. Der Mantel bildet Gesteinsplatten, wenn er sich in Richtung der kühleren Oberfläche bewegt, und wird bei Vulkanausbrüchen freigesetzt, wenn er auf schwache Teile der Kruste trifft.

Kürzlich entdeckten Schweizer Wissenschaftler, dass sich an der Verbindungsstelle zwischen Kern und Mantel ein Mineral namens „Brukerit“ befindet.

Dieses Mineral verfügt über eine hohe Wärmeleitfähigkeit und fungiert wahrscheinlich als Zwischensubstanz, die die Wärmeübertragung vom Kern zum Mantel beschleunigt. Darüber hinaus verwandelt sich Brinolith nach dem Abkühlen in ein Mineral aus Kalzium und Titan. Die Wärmeleitfähigkeit dieses Minerals ist höher als die von Brinolith. Wenn dieses Mineral weiter zunimmt und Brinolith als Zwischensubstanz für die Wärmeleitung ersetzt, wird es die Wärmeleitung im Erdinneren weiter beschleunigen. Das heißt, die Abkühlungsrate der Erde könnte schneller sein als bisher vorhergesagt.

Was würde passieren, wenn das Erdinnere abkühlte?

Sobald das Erdinnere abkühlt, verschwindet die Konvektion. Ohne die Konvektion von Eisen-Nickel-Materialien wird kein elektrischer Strom erzeugt und ohne elektrischen Strom gibt es kein Magnetfeld. Nachdem der Schutz des Magnetfelds verloren gegangen ist, wird der Sonnenwind die Erdatmosphäre schnell wegblasen. Ohne den Schutz der Atmosphäre wäre das Leben auf der Erde der ultravioletten Strahlung und verschiedenen kosmischen Strahlungen direkt ausgesetzt. Aber wir müssen uns nicht allzu viele Sorgen machen. Selbst wenn sich die Abkühlungsrate des Erdinneren weiter beschleunigt, wird es Milliarden von Jahren dauern …