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Geophysik: Doch nicht nur Eisen und Nickel im Erdkern?

Der Kern der Erde besteht anscheinend doch nicht nur aus einem schweren Eisen-Nickel-Gemisch, sondern beinhaltet auch leichtere Elemente wie Schwefel, Sauerstoff oder Silizium in Gehalten zwischen drei Prozent im innersten und zehn Prozent im äußeren Teilbereich.

Damit bestätigen diese Ergebnisse von Jung-Fu Li und seinen Kollegen vom Carnegie-Institut in Washington frühere Untersuchungen, die auf der Messung seismischer Wellen durch das Erdinnere basierten. Diese wurden aber wiederum zwischenzeitlich durch Analysen experimenteller Schallausbreitung bei hohen Drücken – wie sie im Erdkörper herrschen – in Zweifel gezogen. Nun aber können die Geologen belegen, dass diese Schallversuche die vorhandenen Temperaturverhältnisse des Erdkörpers nicht mit in Betracht gezogen hatten.

Die Wissenschaftler bezogen daher bei ihren Auswertungen der Schallgeschwindigkeiten in dicht gepackten Eisenkörpern diesen Effekt mit ein und erhitzten das Probenmaterial in stabilen Diamant-Stempelzellen mit Hilfe von Lasern auf bis zu 1700 Kelvin bei einem gleichzeitigen maximalen Druck von 73 Giga-Pascal. Dabei maßen sie die so genannte Schalldichte der unter den verschiedenen Versuchsbedingungen unterschiedlich mitschwingenden Isotope mittels inelastischer kernresonanter Streuung (NRIXS, eine Art Röntgen-Technik).

Ihre Ergebnisse zeigten dann, dass steigende Temperaturen – bis hin zu den Werten, die im Erdkern herrschen – die Geschwindigkeit der Schallwellen durch die reine und dichte Eisenmasse herabsetzen: Sie werden durch die bei großer Hitze vorhandene polykristalline Struktur des Körpers ohne deutliche Ausrichtung der Atome gebremst. Das aber stünde im Widerspruch zu den tatsächlich beobachteten Geschwindigkeiten. Dagegen erhöht das Vorhandensein von bestimmten Mengen an Schwefel oder Sauerstoff bei hohem Druck in den Eisenpackungen die Durchlaufgeschwindigkeit des Schalls.

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