Wissenschaftler theoretisieren, dass die Bedingungen im Erdinneren extrem heiß sind und extrem unter Druck stehen. Dies ermöglicht es, den hauptsächlich Eisen- und Nickelkern zwischen einem festen inneren Bereich und einem flüssigen äußeren Bereich 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 dafür zu verbessern.
Dank neuer Forschungen eines internationalen Wissenschaftlerteams scheint die Kernregion auch einen angemessenen Anteil an „Schnee“ zu haben! Anders ausgedrückt, ihre Untersuchungen zeigten, dass sich im äußeren Kern winzige Eisenpartikel verfestigen und fallen und auf dem äußeren Kern bis zu 320 km dicke Stapel bilden. Diese Erkenntnisse könnten unser Verständnis der Kräfte, die den gesamten Planeten beeinflussen, erheblich verbessern.
Die Forschung wurde von einem Forscherteam der Jackson School of Geosciences an der University of Texas in Austin durchgeführt, das von Prof. Youjun Zhang vom Institut für Atom- und Molekularphysik der Sichuan University geleitet wurde. Die Studie, die ihre Forschung beschreibt, wurde in der 23. Dezember-Ausgabe der Journal of Geophysical Research (JGR) Feste Erde.
Das Studium der Tiefen der Erde ist keine leichte Aufgabe, da bodendurchdringendes Radar nicht in der Lage sein kann, zu untersuchen, dass eine tiefe und direkte Probenahme absolut unmöglich ist. Infolgedessen sind Forscher gezwungen, das Erdinnere durch die Wissenschaft der Seismologie zu untersuchen - d. H. Die Untersuchung von Schallwellen, die durch geologische Aktivität erzeugt werden und regelmäßig den Planeten passieren.
Durch die Messung und Analyse dieser Wellen können Geologen ein besseres Bild der Struktur und Zusammensetzung des Innenraums erhalten. In den letzten Jahren haben sie eine Diskrepanz zwischen den seismischen Daten und den aktuellen Modellen des Erdkerns festgestellt. Im Wesentlichen würden sich die gemessenen Wellen langsamer als erwartet bewegen, wenn sie sich durch die Basis des äußeren Kerns bewegen, 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 dem äußeren Kern eine Aufschlämmungsschicht besteht, wurde erstmals 1963 von S. I. Braginskii vorgeschlagen, jedoch aufgrund der vorherrschenden Kenntnis der Wärme- und Druckbedingungen im Kern abgelehnt.
Mithilfe einer Reihe von Experimenten mit kernartigen 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 auf den festen inneren Kern fallen und sich dort absetzen.
"Es ist eine bizarre Sache, darüber nachzudenken", sagte Nick Dygert, ein Assistenzprofessor an der University of Tenessee, der die Forschung im Rahmen eines Postdoktorandenstipendiums bei der JSG unterstützte. "Sie haben Kristalle im äußeren Kern, die über eine Entfernung von mehreren hundert Kilometern auf den inneren Kern schneien."
Wie Prof. Jung-Fu Lin (ein weiterer Mitautor der Studie) erklärte, ähnelt dies der Entstehung von Gesteinen in Vulkanen. "Der metallische Kern der Erde funktioniert wie eine Magmakammer, die wir in der Kruste besser kennen", sagte er. Das Team verglich sogar den Prozess, der dazu führt, dass sich auf dem äußeren Erdkern Haufen von Eisenpartikeln bilden, was in Magmakammern näher an der Erdoberfläche geschieht.
Während durch die Verdichtung von Mineralien in Magmakammern ein sogenanntes "kumuliertes Gestein" entsteht, trägt die Verdichtung von Eisenpartikeln tief im Erdinneren zum Wachstum des inneren Kerns und zum Schrumpfen des äußeren Kerns bei. Die Ansammlung dieser Teilchen gegen den äußeren Kern würde die seismischen Aberrationen erklären, da eine Variation der Dicke zwischen der östlichen und der westlichen Hemisphäre die Änderung der Geschwindigkeit erklären würde.
Angesichts des Einflusses des Kerns auf weltweite 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 besser zu verstehen, wie diese größeren Prozesse funktionieren. In dieser Hinsicht könnten die von Prof. Zhang und seinen Kollegen durchgeführten Untersuchungen dazu beitragen, langjährige Fragen zum Erdinneren und seiner Entstehung zu lösen.
Bruce Buffet, ein Professor für Geowissenschaften an der UC Berkley, der planetare Innenräume untersucht (und nicht an der Studie beteiligt war), sagte:
„Wenn wir die Modellvorhersagen mit den anomalen Beobachtungen in Beziehung setzen, können wir Rückschlüsse auf die möglichen Zusammensetzungen des flüssigen Kerns ziehen und diese Informationen möglicherweise mit den Bedingungen in Verbindung bringen, die zum Zeitpunkt der Entstehung des Planeten vorherrschten. Die Ausgangsbedingung ist ein wichtiger Faktor dafür, dass die Erde zum Planeten wird, den wir kennen. “
Angesichts der Tatsache, dass die Magnetosphäre der Erde und ihre tektonische Aktivität eine wichtige Rolle bei der Entstehung und Entwicklung des Lebens gespielt haben, könnte das Verständnis der Dynamik des Inneren unseres Planeten auch bei der Suche nach potenziell bewohnbaren Exoplaneten hilfreich sein - ganz zu schweigen von zusätzlichen irdisches Leben!
Die Forschung wurde von der National Natural Science Foundation in China, den Grundlagenforschungsfonds für die Zentraluniversitäten, der Jackson School of Geosciences, der National Science Foundation und der Sloan Foundation finanziert.
