Reise zum Mittelpunkt der Erde
Forscher der Europäischen Wissenschaftsstiftung (EWS) revidieren die landläufige Meinung über die Beschaffenheit der Erde 3 000 Kilometer unter der Oberfläche. War die Wissenschaft bislang davon ausgegangen, dass der Erdkern aus verdichteten Eisenatomen besteht, so sind die Forscher inzwischen der Ansicht, dass sich die Sache doch nicht ganz so eindeutig darstellt. Da die physikalischen Bedingungen im Inneren der Erde, das heißt der enorme Druck von 3,5 Millibar und die hohen Temperaturen von 7000 Grad Kelvin, unmöglich im Labor nachzustellen sind, ist unser gesamtes Wissen das Ergebnis extrapolierender Berechnungen. Bei dieser Methode wird unter anderem beobachtet, wie sich seismische Wellen bei der Durchquerung des Erdmittelpunkts verhalten. Aus diesen Beobachtungen schließen die Wissenschaftler, dass der Kern zum Großteil aus Eisen besteht, jedoch darüber hinaus geringfügige Unreinheiten (zwischen 5 und 15 Prozent) enthalten muss, etwa Sauerstoff, Silizium, Schwefel, Wasserstoff, Magnesium und Nickel. "Bislang hatte man angenommen, dass die neben dem Eisen vorhandenen Elemente für die strukturellen und elastischen Eigenschaften des Kerns unbedeutend wären", so Dr. Igor Abrikosov, theoretischer Physiker an der Universität Linköping in Schweden. Anhand dieser experimentellen und theoretischen Untersuchungen wurde ein Art Standardmodell erstellt, das Eisenatome in enger hexagonaler Anordnung (etwa wie in einer Honigwabe) zeigt. "Andere Strukturen weisen bei geringfügigem Druck magnetische Eigenschaften auf und erweisen sich als weniger stabil", so Dr. Abrikosov. In den letzten Jahren konnten Wissenschaftler dank der jüngsten Errungenschaften im IT-Bereich ausgefeiltere Modelle entwickeln. "Sachkenntnis erlangte die Wissenschaft insbesondere anhand sogenannter Ab-initio-Berechnungen (Ab initio = von Anfang an), sodass wir qualitativ hochwertigere Extrapolationen durchführen konnten, die zu einem besseren Verständnis der Bedingungen im Inneren des Kerns führten", fügt Dr. Abrikosov hinzu. Anhand dieser effizienten neuen Simulationsmethoden konnten Forscher Elemente wie Nickel und Magnesium in ihre Berechnungen mit einbeziehen und so beachtliche neue Schlussfolgerungen ziehen. "Infolge des hohen Drucks verlieren die anderen Strukturen ihre magnetischen Eigenschaften, sodass sie alle dieselbe Stabilität aufweisen", so Dr. Abrikosov, der herausfand, dass kubisch flächenzentrierte und kubisch raumzentrierte Strukturen unter energetischen Gesichtspunkten möglich sind. "Die ursprüngliche Vorstellung vom Erdkern ist damit hinfällig", so Dr. Abrikosov abschließend. Da der Erdkern für die Erzeugung des magnetischen Felds der Erde zuständig ist, das uns vor der gefährlichen kosmischen Strahlung aus dem Weltall schützt, ist unser Verständnis der Zusammenhänge nicht nur wichtig, sondern geradezu überlebensnotwendig. Ferner würde ein besseres Verständnis des Erdkerns die technologische Entwicklung beschleunigen und etwa zu Satelliten führen, die von dem magnetischen Feld an Ort und Stelle gehalten werden.