Forscher ahmten die Konditionen im Erdkern im Labor nach, um Entstehungsprozesse zu verstehen.
Washington/Wien. Das Magnetfeld der Erde schützt den Menschen vor der tödlichen kosmischen Strahlung. Leben, wie wir es kennen, könnte ohne diese Barriere auf unserem Heimatplaneten nicht existieren. Erzeugt wird das Spannungsfeld durch die Bewegung des flüssigen Eisen im äußeren Kern des Himmelskörpers - ein Phänomen, das Geodynamo genannt wird. Bis heute blieb die ursprüngliche Entstehung dieses Magnetfelds und ihre Aufrechterhaltung für die Wissenschaft ein Rätsel. Neue Arbeiten des ukrainisch-US-amerikanischen Mathematikers Alexander Goncharov von der Carnegie Institution for Science bieten einen neuen Blick in die Geschichte dieser unglaublich wichtigen geologischen Erscheinung.
Die Erde entwickelte sich aus steinigem Material, das die Sonne in ihrer Jugend umgeben hat, beschreibt der Forscher im Fachblatt "Nature". Über die Zeit hinweg sank das dichteste Material, Eisen, nach innen und es bildeten sich jene Erdschichten, die wir heute vorfinden: Erdkern, Mantel und Kruste. Gegenwärtig besteht der innere Kern aus festem Eisen und einigen anderen Materialien, die im Laufe des Entstehungsprozesses nach innen gewandert sind. Der äußere Kern sei eine flüssige Eisenverbindung dessen Bewegung das magnetische Feld erzeugt, so der Wissenschafter.
Hitze und Druck
Ein besseres Verständnis darüber, wie Hitze vom inneren und äußeren Kern geleitet wird, sei nötig, um den Prozess der Entwicklung der Erde und des Magnetfelds nachvollziehen zu können - und, was noch wichtiger sei, über die Energie, die das magnetische Feld permanent aufrechterhalte.
Aber diese Materialien existieren offenbar unter sehr extremen Konditionen, beide unter hohen Temperaturen und sehr hohem Druck. Ihre Eigenschaften seien demnach nicht die selben, wie sie es auf der Erdoberfläche sind.
"Wir sahen ein dringendes Bedürfnis für direkte thermische Leitfähigkeitsmessungen der Kernmaterialien unter Konditionen, wie sie für das Erdinnerste relevant sind", betont Goncharov in der Publikation. Diese Bedingungen galt es im Labor herzustellen, denn "es ist unmöglich für uns, so nahe an den Erdkern heranzukommen, um Proben zu entnehmen".
Das Team verwendete eine mittels Laser erhitzte Diamantstempelpresse, um die Konditionen des Erdkerns zu erzeugen und beobachtete, wie Eisen Hitze weiterleitet. Die Presse drückt winzige Proben des Materials zwischen zwei Diamanten, um im Labor den extremen Druck, der im Erdinnersten vorherrscht, zu erzeugen, wobei der Laser die Materialien auf die nötige Kerntemperatur erhitzt.
Mit dieser laborbasierten Imitation war es den Forschern möglich, Eisenproben unter jenem Druck und jener Temperatur studieren zu können, wie sie im Inneren von Planeten - in der Größe von Merkur bis zur Erde - zu finden sind. Sie fanden heraus, dass die Fähigkeit dieser Eisenproben, Hitze weiterzuleiten, früheren Schätzungen über die Vorgänge im Erdinneren entsprechen. Dies führe zu der Prognose, dass die nötige Energie, um den Geodynamo-Prozess aufrecht zu erhalten, schon seit der frühesten Geschichte der Erde zur Verfügung stehen könnte, so die Forscher.
"Um die Leitfähigkeit noch besser verstehen zu können, werden wir als Nächstes auch die anderen Materialien, die das Eisen in den Erdkern begleiteten, diesen Prozessen aussetzen", betont Alexander Goncharov.