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Geophysik: Das Kernproblem der Erde

Messungen der Wärmeleitfähigkeit von Eisen bei extremen Drücken und Temperaturen werfen ein neues Licht auf die Eigenschaften des Erdkerns – und auf seine Vergangenheit.
Struktur des ErdkernsLaden...

Ein wenig funktioniert der Erdkern wie ein Nachtspeicherofen: Kristallisiert das flüssige Eisen aus dem riesigen äußeren Erdkern und reichert sich im festen inneren Teil an, wird Energie frei. Sie erwärmt unseren Planeten und wirkt so dem langsamen Auskühlen im eisigen Weltall entgegen. Eine weitere Konsequenz der inneren Dynamik ist das magnetische Feld der Erde. Es entsteht durch Konvektionsvorgänge im äußeren Erdkern. Wie viel Energie dafür zur Verfügung steht, hängt entscheidend davon ab, wie gut das Erdinnere die Wärme direkt leitet und bis in den Erdmantel überträgt.

2012 lieferten numerische Simulationen dieser Vorgänge sehr hohe theoretische Werte für die Leitfähigkeit vom flüssigen Eisen im äußeren Kern. In dieser Region würde die Hitze also schnell nach außen transportiert. Das löste eine große Kontroverse aus, denn es hätte zur Folge, dass alle bis dahin akzeptierten Modelle für die Entstehung und das Verhalten des irdischen Magnetfelds falsch wären. Der daran beteiligte feste Erdkern wäre weniger als eine Milliarde Jahre alt und damit wesentlich jünger, als man annahm. Nun präsentierten zwei Forschergruppen um Kenji Ohta vom Tokyo Institute of Technology und Zuzana Konôpková vom Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY in Hamburg Ergebnisse von Experimenten, bei denen sie das Verhalten von heißem Eisen unter solch extremen Bedingungen erstmals direkt untersuchten. Beide Forscherteams haben die Gültigkeit der 2012 simulierten Werte mit unterschiedlichen Methoden überprüft – und erhielten verschiedene Resultate.

Die zwei Gruppen verwendeten so genannte Diamantstempelzellen, mit denen sich äußerst hohe Drücke erreichen lassen, sowie Laserstrahlen, mit denen sie ihre Proben zusätzlich erhitzten. So stellten sie die Verhältnisse im Erdkern nach. Hier enden die Ähnlichkeiten allerdings bereits. ...

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