Direkt zum Inhalt
Lexikon der Geowissenschaften

Erdkern

Erdkern, bezeichnet das tiefere Erdinnere ab einer Tiefe von 2900 km. Bereits aus dem Unterschied zwischen der mittleren Dichte der gesamten Erde von 5,5 g/cm3 (5500 kg/m3) und der mittleren Dichte für Gesteine der Erdkruste von etwa 2,7 g/cm3 (2700 kg/m3) kann geschlossen werden, daß im Erdinnern ein dichterer Erdkern existieren muß. Der erste direkte Beweis für die Existenz eines Erdkerns kam aus der Seismologie. B. Gutenberg (1889-1960) ermittelte im Jahre 1914 aus seismologischen Beobachtungen die Tiefe der Grenze zwischen Erdmantel und Erdkern, die daher auch als Gutenberg-Diskontinuität bezeichnet wird, mit 2900 km. Dieser Wert hat auch heute noch seine Gültigkeit. Die Grenze zwischen Erdmantel und Erdkern ist die abrupteste Diskontinuität im Erdinnern. Der Temperaturkontrast an der Kern/Mantel-Grenze beträgt etwa 700°C, und die Viskosität fällt zum äußeren Kern um 24 Größenordnungen ab. Die Konvektionsgeschwindigkeiten im flüssigen äußeren Erdkern (Eisenlegierungen) liegen in der Größenordnung von Kilometern pro Jahr, während im Erdmantel (Silicatgestein) die Bewegungen mit einigen Zentimetern pro Jahr erfolgen. Der Kern umfaßt 16% des Erdvolumens, aber 31% der gesamten Erdmasse.

Der nächste Schritt zur Untergliederung des Erdkerns erfolgte im Jahre 1936. I. Lehmann leitete ebenfalls aus seismologischen Beobachtungen die Existenz eines inneren Erdkerns in ca. 5000 km Tiefe ab, so daß jetzt zwischen einem äußeren und einem inneren Erdkern unterschieden werden muß. Die Oberfläche der Grenze zwischen Erdmantel und Erdkern weist Undulationen mit Amplituden von 10-20 km auf. Durch den äußeren Erdkern laufen keine Scherwellen, so daß der Schluß gezogen werden kann, daß diese Schale die Eigenschaften einer Flüssigkeit aufweisen muß. Man hat abgeschätzt, daß die Viskosität des äußeren Kerns mit der von Wasser vergleichbar ist. Der innere Erdkern dagegen muß sich wieder als fester oder quasi-fester Körper verhalten, da sich in ihm Scherwellen ausbreiten. Die seismologischen Beobachtungen zeigen, daß an der Grenze zwischen Erdmantel und äußerem Erdkern die Geschwindigkeit der Kompressionswellen innerhalb einer Zone von ca. 10 km von ca. 14 km/s auf 7,9 km/s abfällt. Die Dichte nimmt dagegen von ca. 5 g/cm3 auf über 10 g/cm3 (5000 auf 10000 kg/m3) zu. Im äußeren Erdkern nimmt die Kompressionswellen-Geschwindigkeit bis zur Grenze des inneren Erdkerns auf etwa 10 km/s zu und steigt an dieser Grenze in einer Übergangszone von ca. 10 km Dicke auf 11,3 km/s an. Im inneren Erdkern wird eine annähernd konstante Geschwindigkeit der Kompressionswellen von 11,3-11,4 km/s postuliert. Als Scherwellengeschwindigkeit wird ein Wert von knapp 4 km/s angegeben. Die Dichte im inneren Erdkern beträgt 13-14 g/cm3 (13.000-14.000 kg/m3). Die Existenz eines flüssigen äußeren Erdkerns resultiert auch aus der Analyse der Erdgezeiten. Wichtiger aber sind die Aussagen, die sich aus der Interpretation für den Ursprung des erdmagnetischen Innenfeldes ergeben. Die Dynamotheorie (Dynamomodell des Erdkerns) fordert, daß Strömungen mit elektrisch leitfähigen Komponenten im flüssigen äußeren Erdkern existieren müssen, um das erdmagnetische Innenfeld zu erzeugen. Auch wenn Details noch umstritten sind, so zeigt die Magnetohydrodynamik, daß Konvektionsströmungen im flüssigen, elektrisch gut leitenden äußeren Erdkern einen selbsterregenden Dynamo entstehen lassen. Turbulente Vielzellenkonvektion mit Variationen des Strömungsmusters kann den Zusammenhang der Dipolachse des erdmagnetischen Feldes zur Rotationsachse der Erde erklären. Auch die Beobachtung der Säkularvariationen und der Feldumkehrungen finden mit dieser Theorie eine prinzipielle Interpretation. Rätselhaft bleibt jedoch die quasi-chaotische Folge der Feldumkehrungen. Möglicherweise besteht hier ein Zusammenhang mit den Konvektionsströmen im Erdmantel. Fluktuationen in der Wärmeabfuhr im Mantel und damit auch im äußeren Erdkern könnten ein Umklappen der Polarität zur Folge haben. Doch sind dies bislang Spekulationen.

An der Grenze zwischen Erdmantel und Erdkern wird eine Temperatur von ca. 3000°C berechnet. Im äußeren Erdkern nimmt die Temperatur adiabatisch zu. Hinweise über die Zusammensetzung des Kerns erhält man aus dem Studium der Eisen-Meteorite (Meteorit). Der äußere Erdkern besteht im wesentlichen aus Eisen, das einzige Element, das die erforderliche Dichte um 10-12 g/cm3 und die hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Im äußeren Kern muß die Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur von Eisen liegen. Um die Schmelztemperatur von Eisen auf 3000-4500°C herabzusetzen, muß zum Eisen eine Beimengung von 10-15 Gewichtsprozenten Schwefel und/oder Sauerstoff als Flußmittel (Eisenoxyde, Eisensulfide) gefordert werden. An der Grenze zwischen innerem und äußerem Erdkern wird eine Temperatur von 4500-4600°C errechnet. Innerhalb des inneren Erdkerns liegt die Temperatur bei ca. 4600-4700°C. Für den inneren Kern wird angenommen, daß zum Eisen eine Beimengung von Nickel tritt. In jedem Fall muß die Temperatur im inneren Kern unterhalb der Schmelztemperatur liegen. Man geht von der Vorstellung aus, daß im Laufe der Erdgeschichte das Volumen des inneren Erdkerns zu Lasten des äußeren Erdkerns wächst. Die dabei freiwerdende Energie könnte den erdmagnetischen Dynamo erhalten. Es ist umstritten, wie hoch der Gehalt an radioaktiven Elementen im Erdinnern ist und inwieweit die beim radioaktiven Zerfall freiwerdende Energie zur Aufrechterhaltung des erdmagnetischen Dynamos beiträgt. [PG]

  • Die Autoren
Redaktion

Landscape GmbH
Dipl.-Geogr. Christiane Martin
Nicole Bischof
Dipl.-Geol. Manfred Eiblmaier

Fachberater

Allgemeine Geologie
Prof. Dr. V. Jacobshagen, Berlin

Angewandte Geologie
Prof. Dr. H. Hötzl, Karlsruhe

Bodenkunde
Prof. Dr. H.-R. Bork, Potsdam

Fernerkundung
Prof. Dr. phil. M. Buchroithner, Dresden

Geochemie
Prof. Dr. W. Altermann, München

Geodäsie
Prof. Dr. K.-H. Ilk, Bonn

Geomorphologie
Prof. Dr. W. Andres, Frankfurt / Main

Geophysik
Prof. Dr. P. Giese, Berlin

Historische Geologie
Prof. Dr. H.-G. Herbig, Köln

Hydrologie
Prof. Dr. H.-J. Liebscher, Koblenz

Kartographie
Prof. Dr. W.G. Koch, Dresden

Klimatologie
Prof. Dr. Ch.-D. Schönwiese, Frankfurt / Main

Kristallographie
Prof. Dr. K. Hümmer, Karlsruhe

Landschaftsökologie
Dr. D. Schaub, Aarau, Schweiz

Meteorologie
Prof. Dr. G. Groß, Hannover

Mineralogie
Prof. Dr. G. Strübel, Gießen

Ozeanographie
Prof. Dr. J. Meincke, Hamburg

Petrologie
Dr. R. Hollerbach, Köln

Autoren

Allgemeine Geologie
Dipl.-Geol. D. Adelmann, Berlin
Dr. Ch. Breitkreuz, Berlin
Prof. Dr. M. Durand Delga, Avon, Frankreich
Dipl.-Geol. K. Fiedler, Berlin
Prof. Dr. V. Jacobshagen, Berlin
Dr. W. Jaritz, Burgwedel
Prof. Dr. H. Kallenbach, Berlin
Dr. J. Kley, Karlsruhe
Prof. Dr. M. Lemoine, Marli-le-Roi, Frankreich
Prof. Dr. J. Liedholz, Berlin
Prof. Dr. B. Meißner, Berlin
Dr. D. Mertmann, Berlin
Dipl.-Geol. J. Müller, Berlin
Prof. Dr. C.-D. Reuther, Hamburg
Prof. Dr. K.-J. Reutter, Berlin
Dr. E. Scheuber, Berlin
Prof. Dr. E. Wallbrecher, Graz
Dr. Gernold Zulauf, Frankfurt

Angewandte Geologie
Dr. A. Bohleber, Karlsruhe
Dipl.-Geol. W. Breh, Karlsruhe
Prof. Dr. K. Czurda, Karlsruhe
Dr. M. Eiswirth, Karlsruhe
Dipl.-Geol. T. Fauser, Karlsruhe
Prof. Dr.-Ing. E. Fecker, Karlsruhe
Prof. Dr. H. Hötzl, Karlsruhe
Dipl.-Geol. W. Kassebeer, Karlsruhe
Dipl.-Geol. A. Kienzle, Karlsruhe
Dipl.-Geol. B. Krauthausen, Berg / Pfalz
Dipl.-Geol. T. Liesch, Karlsruhe
R. Ohlenbusch, Karlsruhe
Dr. K. E. Roehl, Karlsruhe
Dipl.-Geol. S. Rogge, Karlsruhe
Dr. J. Rohn, Karlsruhe
Dipl.-Geol. E. Ruckert, Karlsruhe
Dr. C. Schnatmeyer, Trier
Dipl.-Geol. N. Umlauf, Karlsruhe
Dr. A. Wefer-Roehl, Karlsruhe
K. Witthüser, Karlsruhe
Dipl.-Geol. R. Zorn, Karlsruhe

Bodenkunde
Dr. J. Augustin, Müncheberg
Dr. A. Behrendt, Müncheberg
Dipl.-Ing. agr. U. Behrendt, Müncheberg
Prof. Dr. Dr. H.-P. Blume, Kiel
Prof. Dr. H.-R. Bork, Potsdam
Dr. C. Dalchow, Müncheberg
Dr. D. Deumlich, Müncheberg
Dipl.-Geoök. M. Dotterweich, Potsdam
Dr. R. Ellerbrock, Müncheberg
Prof. Dr. M. Frielinghaus, Müncheberg
Dr. R. Funk, Müncheberg
Dipl.-Ing. K. Geldmacher, Potsdam
Dr. H. Gerke, Müncheberg
Dr. K. Helming, Müncheberg
Dr. W. Hierold, Müncheberg
Dr. A. Höhn, Müncheberg
Dr. M. Joschko, Müncheberg
Dr. K.-Ch. Kersebaum
Dr. S. Koszinski, Müncheberg
Dr. P. Lentzsch, Müncheberg
Dr. L. Müller, Müncheberg
Dr. M. Müller, Müncheberg
Dr. T. Müller, Müncheberg
Dr. B. Münzenberger, Müncheberg
Dr. H.-P. Pior, Müncheberg
Dr. H. Rogasik, Müncheberg
Dr. U. Schindler, Müncheberg
Dipl.-Geoök. G. Schmittchen, Potsdam
Dr. W. Seyfarth, Müncheberg
Dr. M. Tauschke, Müncheberg
Dr. A. Ulrich, Müncheberg
Dr. O. Wendroth, Müncheberg
Dr. St. Wirth, Müncheberg

Fernerkundung
Prof. Dr. phil. M. Buchroithner, Dresden
Prof. Dr. E. Csaplovics, Dresden
Prof. Dr. C. Gläßer, Halle
Dr. G. Meinel, Dresden
Dr. M. Netzband, Dresden
Prof. Dr. H. Will, Halle

Geochemie
Prof. Dr. A. Altenbach, München
Prof. Dr. W. Altermann, München
Dr. St. Becker, Wiesbaden
Dr. A. Hehn-Wohnlich, Ottobrunn
P.D. Dr. St. Höltzl, München
Dr. M. Kölbl-Ebert, München
Dr. Th. Kunzmann, München
Prof. Dr. W. Loske, München
Dipl.-Geol. A. Murr, München
Dr. T. Rüde, München

Geodäsie
Dr.-Ing. G. Boedecker, München
Dr. W. Bosch, München
Dr. E. Buschmann, Potsdam
Prof. Dr. H. Drewes, München
Dr. D. Egger, München
Prof. Dr. B. Heck, Karlsruhe
Prof. Dr. K.-H. Ilk, Bonn
Dr. J. Müller, München
Dr. A. Nothnagel, Bonn
Prof. Dr. D. Reinhard, Dresden
Dr. Mirko Scheinert, Dresden
Dr. W. Schlüter, Wetzell
Dr. H. Schuh, München
Prof. Dr. G. Seeber, Hannover
Prof. Dr. M. H. Soffel, Dresden

Geomorphologie
Dipl. Geogr. K.D. Albert, Frankfurt / Main
Prof. Dr. W. Andres, Frankfurt / Main
Dipl. Geogr. P. Houben, Frankfurt / Main
Dr. K.-M. Moldenhauer, Frankfurt / Main
Dr. P. Müller-Haude, Frankfurt / Main
Dipl. Geogr. S. Nolte, Frankfurt / Main
Dr. H. Riedel, Wetter
Dr. J. B. Ries, Frankfurt / Main

Geophysik
Dr. G. Bock, Potsdam
Dr. H. Brasse, Berlin
Prof. Dr. P. Giese, Berlin
Prof. Dr. V. Haak, Potsdam
Prof. Dr. E. Hurtig, Potsdam
Prof. Dr. R. Meißner, Kiel
Prof. Dr. K. Millahn, Leoben, Österreich
Dr. F. R. Schilling, Potsdam
Prof. Dr. H. C. Soffel, München
Dr. W. Webers, Potsdam
Prof. Dr. J. Wohlenberg, Aachen

Geowissenschaft
Prof. Dr. J. Negendank, Potsdam

Historische Geologie / Paläontologie
Prof. Dr. W. Altermann, München
Dr. R. Becker-Haumann, Köln
Dr. R. Below, Köln
Dr. M. Bernecker, Erlangen
Dr. M. Bertling, Münster
Prof. Dr. W. Boenigk, Köln
Dr. A. Clausing, Halle
Dr. M. Grigo, Köln
Dr. K. Grimm, Mainz
Prof. Dr. Gursky, Clausthal-Zellerfeld
Dipl.-Geol. E. Haaß, Köln
Prof. Dr. H.-G. Herbig, Köln
Dr. I. Hinz-Schallreuther, Berlin
Dr. D. Kalthoff, Bonn
Prof. Dr. W. von Königswald, Bonn
Dr. habil R. Kohring, Berlin
E. Minwegen, Köln
Dr. F. Neuweiler, Göttingen
Dr. S. Noé, Köln
Dr. S Nöth, Köln
Prof. Dr. K. Oekentorp, Münster
Dr. S. Pohler, Köln
Dr. B. Reicherbacher, Karlsruhe
Dr. H. Tragelehn, Köln
Dr. S. Voigt, Köln
Dr. H. Wopfner, Köln

Hydrologie
Dr. H. Bergmann, Koblenz
Prof. Dr. K. Hofius, Boppard
Prof. Dr. H.-J. Liebscher, Koblenz
Dr. E. Wildenhahn, Vallendar
Dr. M. Wunderlich, Brey

Kartographie
Prof. Dr. J. Bollmann, Trier
Dipl. Geogr. T. Bräuninger, Trier
Prof. Dr. phil. M. Buchroithner, Dresden
Dr. G. Buziek, Hannover
Prof. Dr. W. Denk, Karlsruhe
Dr. D. Dransch, Berlin
Dipl. Geogr. H. Faby, Trier
Dr. K. Großer, Leipzig
Dipl. Geogr. F. Heidmann, Trier
Prof. Dr. K.-H. Klein, Wuppertal
Prof. Dr. W. Koch, Dresden
Prof. Dr. S. Meier, Dresden
Dipl. Geogr. A. Müller, Trier
Prof. Dr. J. Neumann, Karlsruhe
Prof. Dr. K. Regensburger, Dresden
Dipl.-Ing. Ch. Rülke, Dresden
Dr. W. Stams, Dresden
Prof. Dr. K.-G. Steinert, Dresden
Dr. P. Tainz, Trier
Dr. A.-D. Uthe, Berlin
Dipl. Geogr. W. Weber, Trier
Prof. Dr. I. Wilfert, Dresden
Dipl.-Ing. D. Wolff, Wuppertal

Kristallographie
Dr. K. Eichhorn, Karlsruhe
Prof. Dr. K. Hümmer, Karlsruhe
Prof. Dr. W. E. Klee, Karlsruhe
Dr. G. Müller-Vogt, Karlsruhe
Dr. E. Weckert, Karlsruhe
Prof. Dr. H.W. Zimmermann, Erlangen

Lagerstättenkunde
Dr. W. Hirdes, D-53113 Bonn
Prof. Dr. H. Flick, Marktoberdorf
Dr. T. Kirnbauer, Wiesbaden
Prof. Dr. W. Proschaska, Leoben, Österreich
Prof. Dr. E. F. Stumpfl, Leoben, Österreich
Prof. Dr. Thalhammer, Leoben, Österreich

Landschaftsökologie
Dipl. Geogr. St. Meier-Zielinski, Basel, Schweiz
Dipl. Geogr. S. Rolli, Basel, Schweiz
Dr. D. Rüetschi, Basel, Schweiz
Dr. D. Schaub, Frick, Schweiz
Dipl. Geogr. M. Schmid, Basel, Schweiz

Meteorologie und Klimatologie
Dipl. Met. K. Balzer, Potsdam
Dipl.-Met. W. Benesch, Offenbach
Prof. Dr. D. Etling, Hannover
Dr. U. Finke, Hannover
Prof. Dr. H. Fischer, Karlsruhe
Prof. Dr. M. Geb, Berlin
Prof. Dr. G. Groß, Hannover
Prof. Dr. Th. Hauf, Hannover
Dr. habil. D. Heimann,
Oberpfaffenhofen / Weßling
Dr. C. Lüdecke, München
Dipl. Met. H. Neumeister, Potsdam
Prof. Dr. H. Quenzel, München
Prof. Dr. U. Schmidt, Frankfurt / Main
Prof. Dr. Ch.-D. Schönwiese, Frankfurt / Main
Prof. Dr. W. Wehry, Berlin

Mineralogie
Prof. Dr. G. Strübel, Gießen

Ozeanographie
Prof. Dr. W. Alpers, Hamburg
Dr. H. Eicken, Fairbanks, Alaska, USA
Dr. H.-H. Essen, Hamburg
Dr. E. Fahrbach, Bremerhaven
Dr. K. Kremling, Kiel
Prof. Dr. J. Meincke, Hamburg
Dr. Th. Pohlmann, Hamburg
Prof. Dr. W. Zahel, Hamburg

Petrologie
Dr. T. Gayk, Köln
Dr. R. Hollerbach, Köln
Dr. R. Kleinschrodt, Köln
Dr. R. Klemd, Bremen
Dr. M. Schliestedt, Hannover
Prof. Dr. H.-G. Stosch, Karlsruhe

Partnervideos