Wissenschaftler vermuten, dass die Bedingungen im Inneren der Erde extrem heiß sind und extrem unter Druck stehen. Dies ermöglicht es, den hauptsächlich aus Eisen und Nickel bestehenden Kern in einen festen Innenbereich und einen flüssigen Außenbereich aufzuteilen. Es wird angenommen, dass die Dynamik dieses Kerns für den Antrieb der schützenden Magnetosphäre unseres Planeten verantwortlich ist, weshalb Wissenschaftler entschlossen sind, ihr Verständnis davon zu verbessern.
Dank an neue Forschung unter der Leitung eines internationalen Wissenschaftlerteams scheint auch die Kernregion ihren Anteil an „Schnee“ abzubekommen! Anders ausgedrückt: Ihre Forschung zeigte, dass sich im äußeren Kern winzige Eisenpartikel verfestigen und sich zu bis zu 320 km dicken Haufen auf dem äußeren Kern niederschlagen. Diese Erkenntnisse könnten unser Verständnis der Kräfte, die auf den gesamten Planeten wirken, erheblich verbessern.
Die Forschung wurde von einem Team von Forschern der Jackson School of Geosciences an der University of Texas at Austin, die von Prof. Youjun Zhang von der Sichuan University geleitet wurden Institut für Atom- und Molekularphysik . Die Studie, die ihre Forschung beschreibt, wurde in der Ausgabe vom 23. Dezember veröffentlicht Journal of Geophysical Research (JGR) Feste Erde .
vereinfachte Grafik der inneren Erde, wie sie von der neuen Forschung beschrieben wird. Die weiße und die schwarze Schicht stellen eine Aufschlämmungsschicht dar, die Eisenkristalle enthält. Bildnachweis: UTexas/JSG
Die Erforschung der Tiefen der Erde ist keine leichte Aufgabe, da bodendurchdringendes Radar nicht untersuchen kann, dass eine tiefe und direkte Abtastung absolut unmöglich ist. Infolgedessen sind Forscher gezwungen, das Erdinnere durch die Wissenschaft der Seismologie zu untersuchen – d. h. das Studium von Schallwellen, die durch geologische Aktivitäten erzeugt werden und den Planeten regelmäßig durchqueren.
Durch die Messung und Analyse dieser Wellen können sich Geologen ein besseres Bild von der Struktur und Zusammensetzung des Inneren machen. In den letzten Jahren haben sie eine Diskrepanz zwischen den seismischen Daten und aktuellen Modellen des Erdkerns festgestellt. Im Wesentlichen würden sich die gemessenen Wellen langsamer als erwartet bewegen, wenn sie die Basis des äußeren Kerns passieren, und schneller, wenn sie sich durch die östliche Hemisphäre des inneren Kerns bewegen.
Um dieses Rätsel zu lösen, schlugen Prof. Zhang und seine Kollegen vor, dass im äußeren Kern eine Kristallisation von Eisenpartikeln stattfinden könnte, wodurch ein „schneebedeckter“ innerer Kern entsteht. Die Theorie, dass zwischen dem inneren und äußeren Kern eine Schlammschicht existiert, wurde zuerst von . vorgeschlagen S.I. Braginskii 1963, wurde aber wegen der vorherrschenden Kenntnis der Wärme- und Druckverhältnisse im Kern verworfen.
Mit einer Reihe von Experimenten an kernähnlichen Materialien und neueren wissenschaftlichen Studien konnten Prof. Zhang und sein Team jedoch zeigen, dass eine Kristallisation im äußeren Kern tatsächlich möglich ist. Darüber hinaus fanden sie heraus, dass etwa 15% des untersten Teils des äußeren Kerns aus Kristallen auf Eisenbasis bestehen könnten, die schließlich fallen und sich auf dem festen inneren Kern absetzen.
Ausschnitt des Planeten Erde, der die innere Struktur vom Mantel bis zum äußeren und inneren Kern zeigt. Bildnachweis: Kelvinsong/Wikipedia
'Es ist eine seltsame Sache, darüber nachzudenken' genannt Nick Dygert, Assistenzprofessor an der University of Tenessee, der die Forschung im Rahmen eines Postdoc-Stipendiums der JSG unterstützt hat. „Man hat Kristalle im äußeren Kern, die über eine Distanz von mehreren hundert Kilometern auf den inneren Kern schneien.“
Als Prof. Jung-Fu Lin (ein weiterer Co-Autor der Studie) erklärt , dies ähnelt der Bildung von Gesteinen in Vulkanen. „Der metallische Kern der Erde funktioniert wie eine Magmakammer, die wir in der Erdkruste besser kennen“, sagte er. Das Team verglich sogar den Prozess, der dazu führt, dass sich im äußeren Erdkern Haufen von Eisenpartikeln bilden, mit dem, was in Magmakammern näher an der Erdoberfläche passiert.
Während in Magmakammern durch die Verdichtung von Mineralien sogenanntes „Kumulgestein“ entsteht, trägt die Verdichtung von Eisenpartikeln tief im Erdinneren zum Wachstum des inneren Kerns und zum Schrumpfen des äußeren Kerns bei. Die Ansammlung dieser Partikel am äußeren Kern würde die seismischen Aberrationen erklären, da eine Variation der Dicke zwischen der östlichen und der westlichen Hemisphäre die Geschwindigkeitsänderung erklären würde.
Angesichts des Einflusses des Kerns auf planetenweite Phänomene – wie die oben erwähnte Magnetosphäre und die Erwärmung, die die tektonische Aktivität antreibt – ist es wichtig, mehr über seine Zusammensetzung und sein Verhalten zu erfahren, um unser Verständnis der Funktionsweise dieser größeren Prozesse zu verbessern. Insofern könnten die Forschungen von Prof. Zhang und seinen Kollegen dazu beitragen, langjährige Fragen zum Inneren der Erde und ihrer Entstehung zu klären.
Das Magnetfeld und die elektrischen Ströme in und um die Erde erzeugen komplexe Kräfte, die unermessliche Auswirkungen auf das tägliche Leben haben. Bildnachweis: ESA/ATG medialab
Als Bruce Buffet, ein Geowissenschaften-Professor an der UC Berkley, der das Innere von Planeten untersucht (und nicht an der Studie beteiligt war) Leg es :
„Die Verknüpfung der Modellvorhersagen mit den anomalen Beobachtungen erlaubt es uns, Rückschlüsse auf die mögliche Zusammensetzung des flüssigen Kerns zu ziehen und diese Informationen möglicherweise mit den Bedingungen zu verbinden, die zum Zeitpunkt der Planetenentstehung vorherrschten. Die Ausgangsbedingungen sind ein wichtiger Faktor dafür, dass die Erde der Planet wird, den wir kennen.“
Da der Magnetosphäre der Erde und ihrer tektonischen Aktivität eine entscheidende Rolle bei der Entstehung und Entwicklung des Lebens zugeschrieben wird, könnte das Verständnis der Dynamik des Inneren unseres Planeten auch bei der Jagd nach potenziell bewohnbaren Exoplaneten hilfreich sein – ganz zu schweigen von irdisches Leben!
Die Forschung wurde von der National Natural Science Foundation of China, Fundamental Research Funds for the Central Universities, der Jackson School of Geosciences, der National Science Foundation und der Sloan Foundation finanziert.
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