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Geophysik des Erdinnern : Das weiche Herz der Erde

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Das innere der Erde ist wohl doch nicht so fest, wie früher vermutet wurde. Bild: dpa

Seismische Messungen zeigen: Der innere Kern unseres Planeten ist offenkundig doch nicht so fest wie gedacht. Neben Metallen besteht er offenkundig auch aus weichen Materialien.

          Er ist kleiner als unser Mond und doch herrschen an seiner Oberfläche so hohe Temperaturen wie in der Korona der Sonne. Obwohl der innere Erdkern weniger als ein Prozent des Volumens der Erde einnimmt, bildet die gewaltige, in ihm gespeicherte Wärmeenergie die Zentralheizung unseres Planeten. Diese Hitze treibt jene Konvektionsströme an, die das Erdmagnetfeld erzeugen und die großen Lithosphärenplatten in den obersten Erdschichten driften lassen. Noch immer sind die Beschaffenheit und die Zusammensetzung des inneren Erdkerns nicht vollends geklärt. Zwei Geowissenschaftler von der Australian National University in Canberra haben nun Hinweise gefunden, dass der innere Kern sich womöglich anders verhält, als es bislang angenommen wird.

          Alles, was die Geowissenschaftler über den inneren Erdkern wissen, beruht ausschließlich auf Indizien und theoretischen Überlegungen. Selbst seine Entdeckung vor gut 80 Jahren erfolgte indirekt. Bei der Auswertung von Seismogrammen fand die dänische Seismologin Inge Lehmann damals Hinweise darauf, dass es tief im Erdinneren, etwa 5100 Kilometer unter der Erdoberfläche, eine bislang unbekannte vierte Schale geben müsse, die bis zum Erdmittelpunkt reicht. Seismische Wellen wurden an der Oberfläche dieser Schale abgelenkt und erzeugten charakteristische Messsignale.

          Später fanden sich Indizien dafür, dass die innerste Erdschicht vermutlich fest ist, anders als der darüber liegende flüssige äußere Erdkern. Letzterer besteht im Wesentlichen aus einer geschmolzenen Legierung der Metalle Eisen und Nickel. Bei der Auswertung der Aufzeichnungen langperiodischer Erdschwingungen, die nach besonders starken Erdbeben entstehen, stellte sich schließlich heraus, dass der innere Erdkern die wahrscheinlich gleiche chemische Zusammensetzung hat wie seine flüssige Umgebung.

          Sind die gängige Modelle falsch?

          Bis heute nutzen Geoforscher seismische Wellen dazu, das Erdinnere zu durchleuchten, ähnlich wie Mediziner den menschlichen Körper mit Röntgenstrahlen erkunden. Besonders aufschlussreich sind dabei die sogenannten Scherwellen, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingen. Diese können nämlich den innersten Bereich der Erde durchlaufen, sich jedoch nicht im äußeren Kern ausbreiten, weil dieser flüssig ist. Die Scherwellen aus dem Zentrum der Erde erzeugen in den Seismogrammen der Geowissenschaftler schwache Signale.

          Diese werden von den stärkeren Signalen etwa seismischer Kompressionswellen überdeckt. Hrvoje Tkalčić und Thanh-Son Pham haben in Canberra nun ein numerisches Verfahren entwickelt, um die von den schwachen Scherwellen des inneren Erdkerns erzeugten Muster aus den Aufzeichnungen herausfiltern und näher untersuchen zu können. Dabei sind sie in ihren Analysen auf einen überraschenden Befund gestoßen. Wie die beiden Geoforscher in der Zeitschrift „Science“ schreiben, weichen ihre Ergebnisse von den gängigen Modellen des inneren Erdkerns ab.

          Danach durchlaufen die Scherwellen den inneren Kern wesentlich langsamer als in Modellen vorhergesagt. Daraus schließen die Wissenschaftler, dass das Innerste der Erde zwar fest, aber doch offenbar viel weicher ist als bisher angenommen. Das könnte nach Ansicht von Tkalčić und Pham daran liegen, dass es in den festen Metallen des Erdinneren kleine Bereiche gibt, in denen Flüssigkeiten eingeschlossen sind, ähnlich wie viele Gesteine in der Erdkruste in ihren Poren flüssiges Wasser enthalten.

          Eine andere Ursache für die im Vergleich zu den bisherigen Modellen langsamere Wellenausbreitung könnte sein, dass im inneren Erdkern zwar Eisen und Nickel dominieren, aber auch andere chemische Elemente – beispielsweise Silizium und Kohlenstoff – in größeren Mengen vorkommen, als es die gängigen Modelle andeuten.

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