Erdkern 1000 Grad heißer als bislang gedacht

Die Temperatur am Übergang vom flüssigen zum festen Erdkern ist mit 6000 Grad Celsius 1000 Grad höher als bislang auf Grundlage von Experimenten vermutet. Das zeigen Laborversuche über die ein Forscherteam aus Frankreich im Fachblatt „Science“ berichtet. Die Messungen der Wissenschaftler bestätigen geophysikalische Modelle, nach denen der Temperaturunterschied zwischen flüssigem und festem Erdkern mindestens 1500 Grad betragen muss, damit über den Dynamoeffekt ein globales Magnetfeld entstehen kann.

Keilförmiger Ausschnitt aus der Erde, die einzelnen Bereiche sind farbig kodiert und gegeneinander abgegrenzt.
Das Erdinnere

„Unsere Experimente zeigen, dass die besten heutigen Theorien über den Wärmetransport im Erdkern und die Entstehung des Erdmagnetfelds korrekt sind“, erklärt Agnés Dewaele vom französischen Zentrum für Kernenergie CEA. Seismologische Untersuchungen liefern zwar Informationen über die Dichte und den Druck im flüssigen und festen Erdkern, aber nicht über die Temperatur. Doch der Verlauf der Temperatur entscheidet über die großräumigen Bewegungen im Erdkern und damit über den Dynamoeffekt, der das Magnetfeld erzeugt.

Um das Temperaturprofil zu ermitteln, sind daher Laborexperimente nötig. Dewaele und ihre Kollegen haben staubkorngroße Eisenpartikel mithilfe einer Diamantstempelzelle einem Druck von mehreren Millionen Atmosphären ausgesetzt. Laserstrahlen haben das Eisen dabei auf 4000 bis 5000 Grad erhitzt. Diese Versuche sind nicht einfach, so Dewaele: „Das Eisen muss thermisch isoliert sein und darf nicht chemisch mit der Umgebung reagieren.“ Außerdem erreiche man die extremen Zustände, die im Erdinneren herrschen, jeweils nur für wenige Sekunden. „In dieser kurzen Zeit ist es extrem schwierig festzustellen, ob das Eisen flüssig oder fest ist.“

Das Team hat dieses Problem mithilfe von Röntgenstrahlen gelöst, die von einem Synchrotron, einem Teilchenbeschleuniger, erzeugt wurden. Der Messprozess dauerte mit diesem neuen Verfahren weniger als eine Sekunde, kurz genug, um Druck und Temperatur konstant zu halten und chemische Reaktionen zu vermeiden. So konnten Dewaele und ihre Kollegen den Schmelzpunkt von Eisen bis zu einem Druck von 2,2 Millionen Atmosphären und einer Temperatur von 4800 Grad Celsius bestimmen. Daraus extrapolierten die Wissenschaftler, dass der Schmelzpunkt am Übergang vom flüssigen zum festen Erdkern, wo der Druck 3,3 Millionen Atmosphären beträgt,  bei einer Temperatur von 6000 Grad Celsius liegt. Messungen am Max-Planck-Institut für Chemie im Jahr 1993 hatten um 1000 Grad niedrigeren Wert geliefert. Dewaele und ihre Kollegen vermuten, dass Veränderungen der Kristallstruktur im Eisen bei dem damals verwendeten optischen Verfahren zu falschen Ergebnissen geführt haben. „In nicht allzu ferner Zukunft“, so hofft Dewaele, „können wir mit unserem kombinierten Verfahren jeden Materiezustand im Inneren der Erde experimentell untersuchen.“