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News: Blick in den Erdkern

Aus den bei Zehntausenden von Erdbeben aufgezeichneten Daten über seismische Wellen wurde jetzt das erste dreidimensionale Bild von der gesamten Erdstruktur erstellt: von der Kruste bis zum Inneren Kern.
Bei der Entwicklung ihres Modells haben Don Vasco und Lane Johnson vom Center for Computational Seismology des Lawrence Berkeley National Laboratory Beweise dafür gefunden, daß der Äußere Kern – im Gegensatz zu lange vertretenen Hypothesen – keine homogene Struktur besitzt. Den Wissenschaftlern zufolge kann diese Information das Verständnis des Magnetfelds der Erde verbessern. Ihre Erkenntnisse wurden im Journal of Geophysical Research (Ausgabe vom Februar 1998) veröffentlicht.

Die Forscher nutzten für ihre Arbeit seismische Daten, die in den 60er, 70er und 80er Jahren gesammelt worden waren, und maßen die Zeiten, in denen sich die Wellen vom Epizentrum des betreffenden Erdbebens zu seismologischen Stationen auf der ganzen Welt fortbewegten. Computergestützt waren Vasco und Johnson in der Lage, die Fortpflanzungsgeschwindigkeiten von ungefähr 40.000 Erdbeben zu analysieren. Dadurch konnten sie die Ausbreitungsgeschwindigkeit seismischer Wellen der Stoffe charakterisieren, aus denen unser Planet aufgebaut ist.

"Unsere Arbeit war in etwa mit der Computertomographie in der Medizin vergleichbar", sagte Vasco. "Bei der Computertomographie werden Tausende von Strahlen genutzt, um einen Teil des menschlichen Körpers darzustellen; wir haben Tausende Wellen verwendet, um die Zusammensetzung der Erde darzustellen."

Bisher konzentrierten sich die Forscher immer nur auf einen einzelnen Bereich, wie zum Beispiel den Erdmantel, und nicht auf die Erdstruktur als Ganzes. Obwohl die Wissenschaftler auch jetzt nicht behaupten, definitive Antworten zu besitzen, so merkt Vasco dennoch an, daß die Arbeit einen weiteren Schritt darstellt zum Wissen, wie sich die Erde zusammensetzt und wie ihre Zusammensetzung unsere Welt beeinflußt. Die dreidimensionale Struktur des Erdmantels wurde erst in den letzten 20 Jahren erforscht. Nunmehr studieren die Wissenschaftler den Inneren und Äußeren Erdkern. Man nimmt an, daß der Äußere Kern, der ca. 3000 km unter der Erdoberfläche beginnt und eine Dicke von 2300 km besitzt, flüssig ist und seine Viskosität der des Wassers ähnelt. Daher glaubten einige Wissenschaftler, daß der Äußere Kern keine echte Struktur hat.

"Wir haben Anzeichen für eine Heterogenität im unteren Bereich des Äußeren Kerns gefunden", sagte Vasco, der das Material als eine Verbindung aus Eisen, Nickel und Schwefel beschreibt. Die hohen Drücke und Temperaturen können nickelreiches Eisen zum Erstarren bringen und den Nickel-Gehalt an der Basis des Äußeren Kerns vermindern. Das nickelärmere Eisen hat eine geringere Dichte als der es umgebene Kern: Dadurch steigt es nach oben, was zur Konvektion und zur Entstehung eines Magnetfeldes führt.

"Wir sind an diesem Gebiet sehr interessiert, weil in der letzten Zeit einige Modelle über das Magnetfeld der Erde entstanden sind." Die Forscher fanden eine grobe Symmetrie in der Struktur um die Rotationsachse der Erde, und dieses wiederum steht in Übereinstimmung mit der Symmetrie des Magnetfeldes.

"Das alles ist ganz und gar nicht eindeutig", erklärt Vasco. "Das große Problem ist, direkt in die Erde hinein zu sehen, also durch die sehr heterogene Kruste und den Mantel auf einen relativ kleinen Rauminhalt zu schauen." Vasco beginnt gerade damit, für seine nächste Forschungsetappe Cray-T3E-Großrechner einzusetzen.

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