Rudolf Cole
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Eines Tages, vor ungefähr einer Milliarde Jahren, hatte der innere Kern der Erde einen Wachstumsschub. Die geschmolzene Kugel aus flüssigem Metall im Zentrum unseres Planeten kristallisierte aufgrund sinkender Temperaturen schnell und wuchs stetig nach außen, bis sie den Durchmesser von ungefähr 1.220 Kilometern erreichte, auf den sie sich heute ausdehnen soll.
Das ist sowieso die konventionelle Geschichte der Schöpfung des inneren Kerns. Laut einem neuen Artikel, der diese Woche online in der Zeitschrift Earth and Planetary Science Letters veröffentlicht wurde, ist diese Geschichte jedoch unmöglich.
In der Arbeit argumentierten die Forscher, dass dem Standardmodell für die Bildung des Erdkerns ein entscheidendes Detail über die Kristallisation von Metallen fehlt: ein obligatorischer, massiver Temperaturabfall, der bei Kerndrücken äußerst schwierig zu erreichen wäre. [6 Visionen des Erdkerns]
Noch seltsamer, sagten die Forscher, wenn man dieses fehlende Detail berücksichtigt, scheint die Wissenschaft darauf hinzudeuten, dass der innere Kern der Erde überhaupt nicht existieren sollte.
Das Paradoxon im Zentrum unseres Planeten
"Allen, auch uns, schien dieses große Problem zu fehlen", sagte der Studienautor Steven Hauck, Professor für Erd-, Umwelt- und Planetenwissenschaften an der Case Western Reserve University in Ohio, in einer Erklärung. Es fehlte nämlich, "dass Metalle nicht sofort zu kristallisieren beginnen, es sei denn, es gibt etwas, das die Energiebarriere stark senkt."
In der Chemie ist diese zusätzliche Energie als Keimbildungsbarriere bekannt: der Punkt, an dem eine Verbindung ihre thermodynamische Phase sichtbar ändert. Beispielsweise gefriert flüssiges Wasser bei den bekannten 0 Grad Celsius zu einem Feststoff. Wenn Sie zu Hause schon einmal Eiswürfel hergestellt haben, wissen Sie, dass es mehrere Stunden dauern kann, bis selbst an seinem Gefrierpunkt gespeichertes Wasser vollständig kristallisiert. Um den Prozess zu beschleunigen, müssen Sie das Wasser entweder deutlich kälteren Temperaturen aussetzen (dies wird als "Unterkühlung" bezeichnet) oder einem bereits festen Stück Eis aussetzen, um die Keimbildungsbarriere zu senken und die erforderliche Kühlmenge zu verringern.
Unterkühlung ist für einen einzelnen Eiswürfel leicht zu erreichen, aber für den gigantischen inneren Kern der Erde wird es etwas schwieriger, sagten die Forscher.
"Bei den Drücken des Kerns müsste er 1.000 Grad Kelvin [1.000 Grad C oder 1.800 Grad F] oder mehr unter die Schmelztemperatur abkühlen, um spontan aus reiner Flüssigkeit zu kristallisieren", sagte Hauck. "Und das ist eine Menge Abkühlung, zumal die Wissenschaft derzeit glaubt, dass die Erde etwa 100 Grad K pro Milliarde Jahre abkühlt."
Nach diesem Modell "sollte der innere Kern überhaupt nicht existieren, weil er in diesem Ausmaß nicht unterkühlt werden konnte", sagte der Studienautor Jim Van Orman, ebenfalls Professor für Erd-, Umwelt- und Planetenwissenschaften bei Case Western. Die Keimbildungsbarriere des geschmolzenen inneren Kerns müsse sich auf andere Weise abgesenkt haben - aber wie?
Der Kern des Problems
In ihrer Arbeit schlugen die Forscher eine Möglichkeit vor: Vielleicht fiel ein massiver Klumpen einer festen Metalllegierung vom Mantel und tauchte in den flüssigen Kern ein. Wie ein Eiswürfel, der in ein Glas langsam gefrorenes Wasser gefallen ist, hätte dieses feste Metallstück die Keimbildungsbarriere des Kerns so weit senken können, dass eine schnelle Kristallisation ausgelöst wird.
Es gibt jedoch eine große Einschränkung: Es müsste ein wirklich massives Stück Metall sein, um zu arbeiten.
"Um in den Kern freigesetzt zu werden und es dann bis zum Erdmittelpunkt zu schaffen, ohne sich aufzulösen ... müsste dieses Tröpfchen einen Radius in der Größenordnung von etwa 10 km haben", sagte Van Orman . Das bedeutet einen Durchmesser über die Länge der Insel Manhattan.
Die Forscher von Case Western sagten, dass sie diese neue Erklärung zwar dem konventionellen Modell vorziehen, aber darauf bedacht sind, dass Mitglieder der wissenschaftlichen Gemeinschaft ihre eigenen Theorien abwägen.
"Wir haben darüber gesprochen, welche Ideen unplausibel sind, und wir haben eine Idee vorgeschlagen, die möglicherweise plausibel ist", sagte Hauck. "Wenn es so passiert ist, ist es möglich, dass eine Signatur dieses Ereignisses durch seismische Studien nachweisbar ist. Das Studium des zentralsten Teils des Planeten ist mit diesen Wellen am schwierigsten zu erreichen, daher wird es einige Zeit dauern."
Hoffentlich können wir uns auf eine Antwort in den nächsten Milliarden Jahren freuen.