Neues Geheimnis des Erdmittelpunkts: Liegt tief im Inneren der Erde ein „innerer Kern“ verborgen?

Wie Sie vielleicht alle wissen, ist die Erde in vier Schichten unterteilt, nämlich die Kruste, den Mantel, den äußeren Kern und den inneren Kern. Doch vor nicht allzu langer Zeit entdeckte ein australisches Wissenschaftlerteam, dass es Veränderungen in der Eisenstruktur des inneren Erdkerns gibt und dass es 650 Kilometer vom Kern entfernt eine „Grenzlinie“ gibt. Dies zeigt, dass der innere Erdkern eine doppelschichtige Struktur aufweist und dass es innerhalb des derzeit bekannten inneren Kerns einen „inneren inneren Kern“ gibt. Sobald dieses Forschungsergebnis anerkannt wird, bedeutet dies, dass tief im Inneren des Erdkerns eine kleine Struktur vergraben ist. Der „innere Kern“ könnte der wahre Kern der Erde sein. Natürlich kann es in diesem Kern auch Strukturen geben, die wir noch nicht entdeckt haben. Und das bedeutet, dass die Lehrbücher der Menschheit auf der Erde möglicherweise neu geschrieben werden müssen …

Zuvor nutzten Wissenschaftler Daten aus geologischen Aktivitäten wie Erdbeben und Vulkanausbrüchen, um den tiefsten Teil der Erde zu untersuchen und kamen zu dem Schluss, dass es im Inneren der Erde eine innerste Kernstruktur gibt. Allerdings waren die entsprechenden Daten immer vage. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden verwendete das australische Wissenschaftlerteam diesmal einen „Suchalgorithmus“. Sie verfolgten und verglichen Tausende von Modellen der „Erdkernregion“ anhand von Daten, die das Internationale Seismologische Zentrum über Jahrzehnte hinweg gesammelt hatte und die sich mit der Zeit befassten, die seismische Wellen benötigen, um sich durch die Erde auszubreiten. Mithilfe ihrer eigenen Algorithmen stellten sie fest, dass sich zwar die Tiefe des Erdkerns, also der Radius der Erde, nicht verändert hat, die Richtung der Wellen im Erdinneren sich jedoch geändert hat, und zwar um 54 Grad, und dass die Richtung der schnellen Wellen parallel zur Erdachse verläuft. Diese winzige Schwankung weist darauf hin, dass sich im Inneren eine verborgene Struktur befindet. Winzige Veränderungen in der Struktur des Eisens lassen darauf schließen, dass in den ersten Jahren der Erdentwicklung – vor etwa 4,5 Milliarden Jahren – ein dramatisches, unbekanntes Ereignis stattfand. Auch wenn die genauen Einzelheiten dieses Ereignisses weiterhin ein Rätsel bleiben, trägt es doch zu einem weiteren Verständnis der Wissenschaftler vom inneren Erdkern bei.

Nach neuesten Erkenntnissen der Wissenschaft sollte die Erde aus fünf Schichten bestehen und nicht aus vier Schichten, wie bisher angenommen (Bildquelle: Visual China).

Dem Team zufolge verändern sich die seismischen Wellen, wenn sie den Kern durchdringen, und offenbaren so subtile Unterschiede in der Struktur des Eisens. Wissenschaftler wiesen darauf hin, dass es aufgrund der begrenzten Verbreitung und der Empfangsorte von Erdbeben auf der ganzen Welt, insbesondere an den Polen der Erde, viele Störfaktoren und Lücken gibt, sodass die relevanten Daten nicht perfekt sind, was die Sicherheit der Schlussfolgerungen verringert. Sie sind jedoch von ihrer bedeutenden Entdeckung überzeugt, da ihre Schlussfolgerungen mit anderen Studien zur Anisotropie des innersten Erdkerns übereinstimmen – also der Art und Weise, wie Unterschiede in der Zusammensetzung eines Materials die Eigenschaften seismischer Wellen verändern. Als nächstes werden sie die korrelierten Wellenfelder der Erde untersuchen, die überlagerte Daten aus einer Reihe von Wellenfeldquellen enthalten. Dadurch können wir unser Verständnis des inneren Erdkerns verbessern, ein detaillierteres Bild der inneren Bewegung der Erde zeichnen und unser Verständnis der Entwicklung der Erde erweitern, ohne durch die tiefe Erdstruktur eingeschränkt zu sein, da Quellen und Empfänger nur begrenzt verteilt sind.

Das Kola-Bohrloch wurde bis zu einer Tiefe von 12.262 Metern unter der Erde gebohrt

Physiker glauben, dass die Entstehung und Stabilität des Erdmagnetfelds mit dem inneren Erdkern zusammenhängen. Sie untersuchen und analysieren die von Erdbeben erzeugten Stoßwellen und berechnen die mögliche Struktur des Erdkerns. Der Erdkern ist ein fester innerer Kern, der zwei Dritteln des Volumens des Mondes entspricht und dessen Hauptbestandteil Eisen ist. Bei den hohen Temperaturen im Erdkern ähnelt die Temperatur des Eisens der Temperatur auf der Sonnenoberfläche, doch der durch die Schwerkraft verursachte Druck verhindert, dass das Eisen flüssig wird. Der äußere Kern befindet sich unterhalb des Mantels und oberhalb des festen inneren Kerns. Es besteht aus flüssigem Eisen und Nickel und ist etwa 2.200 Kilometer dick. Die Temperatur des äußeren Kerns steigt von etwa 44 Grad Celsius nach innen auf 60 Grad Celsius in der Nähe des inneren Kerns an. Unterschiede in Temperatur, Druck und Zusammensetzung im äußeren Kern verursachen Konvektionsströme im geschmolzenen Metall. Da kühlere Materialien sinken und heißere Materialien aufsteigen, reicht der Druck nicht aus, um sie fest werden zu lassen, sodass sie flüssig erscheinen. Der innere Kern wird fest, während das flüssige Eisen weiter abkühlt, und erreicht eine maximale Tiefe von 6.370 Kilometern. Es besteht aus einer festen Eisen-Nickel-Legierung, die sehr starr ist und unter extrem hohem Druck kristallisiert. Der Druck im Zentrum des Erdkerns kann 3,5 Millionen Atmosphären und die Temperatur 6.000 Grad Celsius erreichen. Unter solchen hohen Temperaturen und hohem Druck ist die Eigenschaft des inneren Kernmaterials, dass es bei langfristiger Einwirkung von hohen Temperaturen und hohem Druck plastisch wie Harz und Wachs wird, bei kurzfristigen Kräften jedoch härter als Stahl ist.

Diesmal entdeckten Wissenschaftler, dass der innere Erdkern eine „Matthähnchen“-Struktur aufweist. Der „innere Kern“ ist wie der innerste Kern eine andere Art unbekannter Struktur mit einem Durchmesser, der ungefähr der Hälfte des Durchmessers des gesamten inneren Kerns entspricht. Es liegt 650 Kilometer vom Erdkern entfernt und besteht aus massivem Eisen mit einer Temperatur von über 5000 Grad Celsius. Es weist im Vergleich zu anderen Kernschichten eine signifikante Anisotropie auf. Die Eisenkristalle im äußeren Kern zeigen in Nord-Süd-Richtung, während die Eisenkristalle im „inneren Kern“ in Ost-West-Richtung zeigen, was bedeutet, dass das Material unterschiedliche Arten von Kristallisationsmustern aufweisen kann.

Bisher haben wir keine „substanziellen“ Untersuchungen zum inneren Zustand der Erde durchgeführt und können nur eine grobe Einteilung anhand der Aktivitäten der Erde vornehmen. Die Entdeckung des „inneren Kerns“ der Erde wird unseren Alltag vielleicht nicht wesentlich verändern, doch für die Wissenschaftler ist sie ein großer Schritt, um die Entstehung der Erde und ähnlicher Planeten besser zu verstehen und kann einige Erkenntnisse über die Entwicklung des inneren Kerns der Erde liefern. Beispielsweise könnte sich das Ausmaß der Verformung des inneren Kerns im Laufe der Erdgeschichte stark verändert haben, was wichtige Informationen über die Entwicklung der Erde enthalten könnte.

Wie Wissenschaftler das Innere der Erde erforschten

Manche Menschen wundern sich vielleicht darüber, wie Wissenschaftler den inneren Aufbau der Erde so klar verstehen: Wir können ihn nicht sehen, warum also stimmen ihre Aussagen? Stellen sie einfach nur zufällige Vermutungen an? Dies wird sehr deutlich, wenn Sie einen Ultraschall oder eine Computertomographie hatten. Durch die Messung der Richtungs- und Geschwindigkeitsänderungen der Wellen bei ihrer Bewegung durch Substanzen unterschiedlicher Dichte kann das Instrument das Körperinnere kartieren und etwaige Massen oder Klumpen erkennen. Dasselbe gilt im Inneren der Erde, allerdings wären für eine Computertomographie (CT) dort spektakulärere seismische Wellen erforderlich. Glücklicherweise gibt es auf der ganzen Welt Seismographen, die jedes Erdbeben detailliert und zuverlässig aufzeichnen. Durch die Analyse und Untersuchung dieser Daten und die Erstellung verschiedener Computermodelle können Wissenschaftler einen Einblick in die verschiedenen Strukturen im Inneren der Erde und in die Materialien gewinnen, aus denen sie besteht.