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News: Reise zum Mittelpunkt der Erde

Seit einem Jahrzehnt grübeln Geophysiker über die Ursachen der richtungsabhängigen Wellengeschwindigkeiten im inneren Erdkern. Jetzt lieferten die seismischen Aufzeichnungen in Alaska eines Erdbebens im Südostpazifik neue Einblicke. Doch zur Klärung der Frage tragen sie nicht bei.
Schalenbau der Erde
Rund 6370 Kilometer sind es bis zum Mittelpunkt der Erde, und obwohl die weltweit tiefste Bohrung gerade einmal zwölf Kilometer tief reichte, ist der grundlegende innere Aufbau der Erde dennoch bekannt. Zu verdanken ist dies den Wellen unzähliger Erdbeben, die von den Strukturen im Erdinneren reflektiert oder absorbiert werden, ihre Geschwindigkeit verändern oder sich in ganz andere Wellenformen umwandeln. Ihr Verhalten gibt Aufschluss über ihren Weg durch das Erdinnere.

Und dennoch blieben bis heute viele Fragen offen, vor allem was den Erdkern betrifft. Da der äußere Erdkern flüssig ist, kann er von bestimmten Wellenformen – den Scherwellen – nicht durchdrungen werden. Über den darunter liegenden inneren Erdkern können sie daher nichts verraten. In ihm kommen nur die Kompressionswellen an.

Und derlei Kompressionswellen – ausgesendet von Erdbeben – stellen Geophysiker seit zehn Jahren vor ein Rätsel. Denn merkwürdigerweise sind diese Erdbebenwellen, wenn sie den inneren Kern durchwandern, in Nord-Süd-Richtung schneller als solche, die ihn in West-Ost-Richtung durchqueren.

Gerne wüssten Forscher mehr über die Ursachen dieser Anisotropie des inneren Erdkerns, schließlich ließe sich daraus auch einiges hinsichtlich der Entstehung und Entwicklung des Erdmagnetfelds ableiten.

Aber wie so häufig, werfen neue Einblicke auch neue Fragen auf. Eine Erfahrung, die auch Xiaodong Song und Xiaoxia Xu von der University of Illinois in Urbana Champaign machen mussten. Sie hatten die seismischen Wellen eines Erdbebens vor der Pazifikküste Südamerikas ausgewertet, die nach ihrem Weg durch die Erde von dem Alaska Seismic Network aufgezeichnet wurden. Um es auf einen Punkt zu bringen: Der innere Erdkern ist nicht nur noch komplexer aufgebaut als gedacht, die Ergebnisse kippen auch die ohnehin vagen Vermutungen über die Ursachen jener Anisotropie.

Die kurzperiodischen Wellen aus dem 2400 Kilometer durchmessenden inneren Erdkerns stärken nun einen Verdacht aus dem Jahr 1998. Demnach sei der Kern schalig aufgebaut. Vor allem die Vielzahl neuer Daten stützt nun diese These. Song und Xu fanden, dass ein 250 bis 400 Kilometer mächtiger Übergangsbereich im oberen Teil des inneren Kerns isotrop ist, die Erdbebenwellen hier also keine bestimmte Richtung bevorzugen. Darunter, in Richtung Erdmittelpunkt also, sind diese Geschwindigkeiten indes anisotrop, also richtungsabhängig – und zwar in jenen Nord-Süd- und West-Ost-Orientierungen.

Wellen, die von Norden her kommend in diese unteren Zonen des inneren Kerns eindringen, beschleunigen, teilen sich auf und verändern daraufhin ihre Geschwindigkeiten. West-Ost verlaufende Wellen bleiben dagegen vollkommen unverändert. Im Vergleich sind letztere im Durchschnitt rund acht Prozent langsamer als erstere.

Viele Forscher sehen die Ursache für diese Anisotropie des inneren Kerns in der Ausrichtung von Eisenmineralen im inneren Erdkern. Song und Xu zufolge müssten dann allerdings wirklich alle Eisenminerale perfekt ausgerichtet sein. Nur dann wären die unterschiedlichen Amplituden der Erdbebenwellen erklärlich. Wahrscheinlich ist das nicht.

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