Steckt im Kern unserer Erde möglicherweise ein weiterer Planet?

Sie nutzten seismische Daten und fanden heraus, dass der Erdkern eine Vielzahl von Strukturen aufweist.

Die Daten stammen aus den letzten 27 Jahren eines Seismometernetzes, das zur Durchsetzung des Atomteststoppvertrags eingerichtet wurde.

Ohne den Kern unseres Planeten gäbe es einfach kein schützendes Magnetfeld, und das Leben hier wäre ganz anders. Seit vielen Jahren sind Wissenschaftler neugierig auf diesen inneren Kern. Sie wollen verstehen, wie er entstanden ist und ob er sich in all dieser Zeit verändert hat.

Wegen all dieser Fragen beschloss ein Forscherteam unter der Leitung der Universität von Utah und mit Unterstützung der US National Science Foundation, das Thema genauer zu erforschen. Mit speziellen Instrumenten begannen sie, das Rumpeln oder die seismischen Wellen von Erdbeben zu hören, zu überwachen und zu analysieren, um zu verstehen, was sich im Inneren unseres Planeten befindet.

Lange Zeit glaubten viele Menschen, dass der Kern eine feste, gleichförmige Kugel sei. Jüngste Forschungen des Geologen Guanning Pang und seines Teams an der Cornell University verglichen ihn jedoch mit einer riesigen Tapete mit unterschiedlichen Texturen und Formen, was die Vorstellung von einer perfekten metallischen Kugel unseres Kerns beiseite schob.

Die jüngste Studie von Pang in der Wissenschaftszeitschrift Nature zeigt, dass der Kern nicht überall derselbe ist. Keith Koper von der University of Utah, der maßgeblich an dieser Studie beteiligt war, sagte, man versuche, diesen Kern genauer zu untersuchen. Er verglich die Bemühungen mit der Aufnahme eines Bildes von etwas Tiefem und Verborgenem. „Es ist eine komplizierte Aufgabe, aber sie machen Fortschritte“, sagte er in einem Interview.

Die Stimme des Planeten gibt uns eine Vorstellung von seinem Ursprung!

Nachdem einige Länder beschlossen hatten, Atomexplosionen zu verbieten, richteten die Vereinten Nationen 1996 ein spezielles System ein. Dieses System verfügt über Instrumente in der ganzen Welt, um zu erkennen, ob jemand einen Atomtest durchführt. Aber diese Geräte nehmen auch andere Geräusche und Bewegungen auf.

Ihr Herzstück ist das Internationale Überwachungssystem (IMS), das aus vier Systemen zur Erkennung von Explosionen mit Hilfe fortschrittlicher Detektionsinstrumente auf der ganzen Welt besteht. Ihr Zweck ist es, ein internationales Verbot nuklearer Detonationen durchzusetzen, aber sie haben auch eine Fülle von Daten produziert, die Wissenschaftler nutzen können, um ein neues Licht auf die Vorgänge im Inneren der Erde, in den Ozeanen und in der Atmosphäre zu werfen.

Diese IMS-Daten haben Forschungen ermöglicht, die Meteoritenexplosionen beleuchteten, eine Kolonie von Zwergblauwalen identifizierten, das Wetter vorhersagten und Informationen über die Entstehung von Eisbergen lieferten.

Während die Erdoberfläche gründlich kartiert und charakterisiert wurde, ist das Erdinnere viel schwieriger zu untersuchen, da es nicht direkt zugänglich ist. Die besten Werkzeuge zum Aufspüren dieses verborgenen Bereichs sind die seismischen Wellen von Erdbeben, die sich von der dünnen Kruste des Planeten ausbreiten und durch den felsigen Mantel und den metallischen Kern schwingen.

Planet im Planeten

In den letzten Jahren hat das Koper-Labor die Empfindlichkeit seismischer Daten für den inneren Kern analysiert. In einer früheren Studie unter der Leitung von Pang wurden Schwankungen zwischen der Erdrotation und dem inneren Kern der Erde festgestellt, die möglicherweise eine Veränderung der Tageslänge zwischen 2001 und 2003 verursacht haben.

Der Erdkern, der einen Durchmesser von etwa 4.300 Meilen hat, besteht hauptsächlich aus Eisen und etwas Nickel sowie einigen anderen Elementen. Der äußere Kern bleibt flüssig und umhüllt den festen inneren Kern.

„Es ist wie ein Planet in einem Planeten, der seine eigene Rotation hat und durch diesen großen Ozean aus geschmolzenem Eisen entkoppelt ist“, sagte Koper, ein Geologieprofessor, der die seismografischen Stationen leitet.

Das schützende Magnetfeld, das die Erde umgibt, entsteht durch Konvektion im flüssigen äußeren Kern, der sich 2260 Kilometer (1795 Meilen) über dem festen Kern erstreckt, sagte er. Das geschmolzene Metall steigt über den festen inneren Kern auf, kühlt sich ab, wenn es sich dem felsigen Erdmantel nähert, und sinkt ab. Durch diese Zirkulation entstehen die Elektronenbänder, die den Planeten umhüllen und schützen.

Ohne den festen Erdkern wäre dieses Feld viel schwächer und die Oberfläche des Planeten würde mit Strahlung und Sonnenwinden bombardiert, die die Atmosphäre zerstören und die Oberfläche unbewohnbar machen würden.

Für die neue Studie analysierte das Team seismische Daten, die von 20 Seismometer-Arrays auf der ganzen Welt, darunter zwei in der Antarktis, aufgezeichnet wurden. Diese Instrumente werden in Bohrlöcher eingesetzt, die bis zu 10 Meter tief in Granitformationen gebohrt werden, und in Mustern angeordnet, um die empfangenen Signale zu bündeln, ähnlich wie bei Satellitenschüsseln.

Pang analysierte die seismischen Wellen von 2.455 Erdbeben, die alle eine Stärke von mehr als 5,7 aufwiesen. Die Art und Weise, wie diese Wellen am inneren Kern abprallen, hilft bei der Kartierung seiner inneren Struktur. Kleinere Erdbeben erzeugen keine Wellen, die stark genug sind, um für Studien nützlich zu sein.

Eine der wichtigsten Schlussfolgerungen: Der Kern verändert sich

Im Jahr 1936 stellten Wissenschaftler erstmals mithilfe seismischer Wellen fest, dass der innere Kern fest ist. Vor der Entdeckung durch den dänischen Seismologen Inge Lehmann, ging man davon aus, dass der gesamte Kern flüssig ist, weil er extrem heiß ist, fast 10.000 Grad Fahrenheit, etwa die Temperatur an der Oberfläche der Sonne. Der Erdkern ist flüssig.

Irgendwann in der Erdgeschichte begann der innere Kern unter dem starken Druck im Zentrum des Planeten zu „nukleieren“ oder zu erstarren. Wann dieser Prozess begann, ist nicht bekannt, aber das Team hat wichtige Hinweise aus seismischen Daten gewonnen, die einen Streuungseffekt in Verbindung mit Wellen, die in das Innere des Kerns eindringen, aufzeigen.

Unsere wichtigste Erkenntnis ist, dass die Inhomogenität tendenziell stärker ist, je tiefer man geht. In Richtung des Erdmittelpunkts ist sie tendenziell stärker“, so Pang.

„Wir glauben, dass dieses Gewebe damit zusammenhängt, wie schnell der innere Kern gewachsen ist. Vor langer Zeit wuchs der innere Kern sehr schnell. Er erreichte ein Gleichgewicht und begann dann, viel langsamer zu wachsen“, sagte Koper. „Nicht das gesamte Eisen wurde fest, sodass etwas flüssiges Eisen im Inneren eingeschlossen sein könnte.