Ungefähr 5100 Kilometer unter der Erdoberfläche liegt der innere Kern, eine kugelförmige Masse, die hauptsächlich aus Eisen besteht und für das Magnetfeld der Erde verantwortlich ist. In den 1950er Jahren schlugen Forscher vor, dass der innere Kern fest ist, im Gegensatz zu der Region aus flüssigem Metall um ihn herum.
Eine neue Studie unter Leitung des Geophysikers Rhett Butler von der School of Ocean and Earth Science and Technology (SOEST) der University of Hawaii in Mānoa schlägt vor, dass der “feste” innere Kern der Erde tatsächlich eine Reihe flüssiger, weicher und harter Strukturen aufweist, die in den oberen 240 Kilometern des inneren Kerns variieren.
Kein Mensch und keine Maschine war jemals in dieser Region. Die Tiefe, der Druck und die Temperatur machen den inneren Kern unzugänglich. So stützten sich Butler vom SOEST Hawaii Institute of Geophysics and Planetology und der Co-Autor Seiji Tsuboi von der Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology auf die einzigen verfügbaren Mittel, um das Innere der Erde zu untersuchen: Erdbebenwellen.
“Seismologie bietet die einzige direkte Möglichkeit zur Untersuchung des inneren Kerns und seiner Prozesse und basiert auf Erdbeben in der Kruste und im oberen Erdmantel, die von seismischen Observatorien an der Erdoberfläche registriert werden”, sagte Butler.
Wenn sich seismische Wellen durch die verschiedenen Schichten der Erde bewegen, verändert sich ihre Geschwindigkeit und sie können abhängig von den Mineralen, der Temperatur und der Dichte dieser Schichten reflektiert oder gebrochen werden.
Um Strukturen des inneren Kerns abzuleiten, verwendeten Butler und Tsuboi Daten von Seismometern, die direkt gegenüber des Epizentrums eines Erdbebens lagen. Mit dem japanischen Earth Simulator Supercomputer erstellten sie fünf Paarungen, um die innere Kernregion weitgehend abzudecken: Tonga-Algerien, Indonesien-Brasilien und drei Paare zwischen Chile und China.
“In starkem Gegensatz zu den homogenen, weichen Eisenmischungen, die seit den 1970er Jahren in allen Erdmodellen des inneren Kerns in Betracht gezogen werden, schlägt unser Modell benachbarte Regionen aus härteren, weicheren und flüssigen oder matschigen Eisenverbindungen in den oberen 240 Kilometern des inneren Kerns vor”, sagte Butler. Das legt der Zusammensetzung, der thermalen Geschichte und der Entwicklung der Erde neue Grenzen auf.
Die Untersuchung des inneren Kerns und die Entdeckung seiner heterogenen Struktur liefern wichtige neue Informationen über die Dynamik an der Grenze zwischen dem inneren und dem äußeren Kern, was die Erzeugung des irdischen Magnetfelds beeinflusst.
“Erkenntnisse über diese Bedingungen an der Grenzschicht anhand seismologischer Studien könnten bessere Modelle des geomagnetischen Feldes ermöglichen, das das Leben auf unserem Planeten abschirmt und schützt”, sagte Butler.
Die Forscher planen die Struktur des inneren Kerns mit dem Earth Simulator detaillierter zu modellieren und zu vergleichen, wie diese Struktur mit verschiedenen Eigenschaften des Erdmagnetfeldes zusammenpasst.
(THK)
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