Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Als wenn der Kern aus Gummi wär’: Neue Erkenntnisse zum Inneren der Erde

25.02.2015

Woraus besteht der Erdkern, der einen Durchmesser von fast 7000 Kilometern hat und rund ein Drittel der Erdmasse ausmacht?

In der geowissenschaftlichen Forschung ist man sich heute darüber einig, dass Eisen – oder eine Legierung aus Eisen und Nickel – den Hauptbestandteil bildet. Doch deuten seismologische Messungen auf ungewöhnliche elastische Eigenschaften des festen inneren Erdkerns hin, deren Ursachen bislang rätselhaft waren.

Ein internationales Forschungsteam, an dem Wissenschaftler der Universität Bayreuth maßgeblich beteiligt waren, präsentiert jetzt in „Nature Geoscience“ eine Erklärung, die Licht in dieses Dunkel bringt: Aufgrund der extremen Drücke und Temperaturen im inneren Erdkern bilden Eisen- und Kohlenstoffatome hier eine stabile Legierung. Obwohl der Kohlenstoff dabei nur in geringen Mengen in das Eisen eindringt, verleiht er dieser Mischung eine geradezu gummiähnliche Elastizität.

Eisenkarbid, entstanden unter extrem hohen Drücken und Temperaturen

Die neue Erklärung für die auffälligen elastischen Eigenschaften des Erdkerns stützt sich auf Messungen an der Europäischen Synchrotronstrahlungsquelle ESRF (engl.: European Synchrotron Radiation Facility) in Grenoble und am Bayerischen Geoinstitut (BGI). Hier haben Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky, Dr. Catharine McCammon und Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia, in Kooperation mit weiteren Mitgliedern des BGI, extrem hohe Drücke und Temperaturen erzeugt, wie sie für die Verhältnisse im inneren Erdkern charakteristisch sind.

Dabei entstand aus Kohlenstoff- und Eisenatomen ein Eisenkarbid (Fe7C3), das sich von reinem Eisen klar unterscheidet. Scherwellen, die beispielsweise bei Erdbeben entstehen, kommen in dieser Legierung vergleichsweise langsam voran. Sie haben darin ungefähr die gleiche Geschwindigkeit wie im Erdkern. Zudem besitzt das Eisenkarbid eine fast ebenso hohe Poissonzahl wie der Erdkern.

Diese nach dem französischen Physiker Siméon Denis Poisson benannte Kennzahl bezieht sich auf das elastische Verhalten eines Materials unter Druck (genauer gesagt: auf die Querkontraktion). Sie bringt zum Ausdruck, wie sich ein Material, das einem Druck aus einer bestimmten Richtung ausgesetzt ist, nach den Seiten hin – also jeweils rechtwinklig zur Druckrichtung – ausdehnt.

Eine Erklärung für elastische Eigenschaften des festen inneren Erdkerns

Bereits frühere Forschungsarbeiten haben die Vermutung nahegelegt, dass das Eisen im inneren Erdkern mit leichteren chemischen Elementen durchmischt ist. Denn anders lassen sich die Ergebnisse seismologischer Messungen kaum in Einklang bringen mit den Temperaturverhältnissen im inneren Erdkern und mit der hohen Materialdichte, die Eisen unter hohem Druck aufweist.

Allerdings konnten vor allem zwei Phänomene bisher nicht zureichend erklärt werden: die auffällig hohe Poissonzahl des Erdkerns und die relativ geringe Geschwindigkeit von Scherwellen, die den Erdkern durchlaufen. „Genau diese beiden Phänomene sind aber bestens erklärbar, wenn man annimmt, dass Kohlenstoff das Eisen des Erdkerns modifiziert – und zwar aufgrund der extremen Drücke und Temperaturen im Erdinneren“, meint Prof. Dubrovinsky.

„In den Laboratorien des ESRF und des BGI haben wir mit sehr leistungsstarken Hochdrucktechnologien zeigen können: Das neue Eisenkarbid, das wir bei extremen Bedingungen synthetisiert und charakterisiert haben, hat elastische Eigenschaften, die sehr nahe an diejenigen elastischen Eigenschaften herankommen, die die Forschung dem inneren Erdkern zuschreibt. Einige dieser Messungen haben wir im BGI auf dem Bayreuther Campus konzipiert, wo wir ebenfalls über exzellente Kapazitäten für die Hochdruckforschung verfügen.“

„Terra incognita“

Seine Kollegin Dr. Catharine McCammon am BGI, die ebenfalls an den Forschungsarbeiten in Grenoble und Bayreuth mitgewirkt hat, erinnert daran, wie wenig bisher über den Erdkern bekannt ist: „Dieser innerste Bereich unseres Planeten ist buchstäblich terra incognita und der empirischen Forschung schwerer zugänglich als beispielsweise der Mars. Im Detail wissen wir immer noch recht wenig darüber, welche Materialien im Erdkern lagern. Unsere neuen Forschungsergebnisse könnten die Annahme stützen, dass tief unter der Erdoberfläche ein Kohlenstoff-Reservoir lagert, das möglicherweise größer ist als bisher vermutet.“

Veröffentlichung:
C. Prescher et al., High Poisson’s ratio of Earth’s inner core explained by carbon alloying,
in: Nature Geoscience, 23 February 2015, DOI: 10.1038/ngeo2370

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky
Bayerisches Geoinstitut
Universität Bayreuth
D-95440 Bayreuth
Telefon: +49 (0)921-55 3736 // E-Mail: Leonid.Dubrovinsky@uni-bayreuth.de


Dr. Catharine McCammon
Bayerisches Geoinstitut
Universität Bayreuth
D-95440 Bayreuth
Telefon: +49 (0)921-55 3753 // E-Mail: catherine.mccammon@uni-bayreuth.de


Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia
Laboratorium für Kristallographie
Universität Bayreuth
D-95440 Bayreuth
Telefon: +49 (0)921-55 3880 oder 3881 // E-Mail: Natalia.Dubrovinskaia@uni-bayreuth.de

Christian Wißler | Universität Bayreuth
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen
26.04.2017 | Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e. V.

nachricht Flechten aus dem Bernsteinwald
25.04.2017 | Georg-August-Universität Göttingen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie