Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

In der Unterwelt wird heiß gekocht

06.03.2003


Geowissenschaftler berichten über Durchbruch bei der Erforschung der Kern-Mantel-Grenze - Experimenteller Nachweis: Grenzlage zwischen Erdkern und -mantel mit erhöhter Leitfähigkeit



Schema der inneren Struktur der Erde. Der rote Stern entspricht den Bedingungen der Experimente (Drücke bis 1 400 000 atm und Temperaturen bis 3500 °C). Die D’’-Lage zwischen Erdmantel und Erdkern könnte nach den Untersuchungen von Dubrovinsky et al. aus Eisensilicid FeSi bestehen, daher elektrisch leitend sein und so das Nutations-Verhalten der Erde erklären.




Über einen Durchbruch bei der Erforschung der Kern-Mantel-Grenze in der tiefen Erde berichtet in ihrer jüngsten Ausgabe die renommierte Fachzeitschrift "Nature". Bei diesen Forschungsarbeiten sind Wissenschaftler des Bayerischen Geoinstituts der Universität Bayreuth* führend, und sie haben nichts anbrennen lassen.

... mehr zu:
»Eisen »Erdkern »Erdmantel »GPa


Die Grenze zwischen dem Erdmantel und dem Erdkern in 2800 km Tiefe ist eine Zone größter Gegensätze: sie trennt den festen Silikat-Mantel vom äußeren Kern aus flüssigem Eisen. Vom untersten Mantel zum Kern verdoppelt sich die Dichte, die Temperatur steigt über ein geringes Tiefenintervall um mehrere Hundert Grad, und die Geschwindigkeit von Erdbebenwellen nimmt um die Hälfte ab. Solche Zonen steiler chemischer und physikalischer Gradienten lösen besonders dynamische Prozesse aus: die sogenannte D’’-Lage wird als der Ursprungsort von "Superplumes" angesehen, Bereiche heißen, plastisch fließenden Gesteinsmaterials, das schließlich nach einem Aufstieg aus 2800 km Tiefe nahe der Erdoberfläche aufschmilzt und in Form von Magma z.B. in Hawaii an die Erdoberfläche austritt.

Die rotierende Erde verhält sich wie ein Kreisel im Kraftfeld von Sonne und Mond. Die Rotationsachse der Erde führt eine langsame Präzessionsbewegung aus, d.h. sie wandert auf einer Kreisbahn um die Hauptträgheitsachse. Überlagert ist eine"Nickbewegung" (Nutation), die von der variablen Stellung von Mond und Sonne zur Erde ausgelöst wird. Diese Nutation ist jedoch nicht im Gleichklang mit der Änderung des Kraftfelds von Sonne und Mond, die Amplitude ist vielmehr phasenverschoben. Eine mögliche Erklärung für diesen überraschenden Befund ist die Annahme einer Lage mit elektrisch sehr gut leitendem Material an der Basis des Erdmantels, die als elektrodynamischer Puffer wirken würde. In ihrem Artikel haben Dubrovinsky und Koautoren den experimentellen Nachweis geführt, dass die D’’-Lage an der Grenze zwischen Erdkern und -mantel diese Zone erhöhter Leitfähigkeit sein könnte und erklärt, was der Grund für dieses Verhalten ist.

Um diesen Nachweis zu führen, ist es erforderlich, die chemischen Reaktionen zwischen flüssigem Eisen und den Silikaten des Erdmantels unter den Bedingungen der D’’-Lage zu verstehen, das heißt bei Drükken von über 1 400 000 atm oder 140 Gigapascal (GPa) und Temperaturen oberhalb 3000 °C . Die Autorengruppe hat durch eine Kombination verschiedener Höchstdruckmethoden die Wechselwirkungen zwischen Eisen und Siliziumdioxid (SiO2, als Modell für den Erdmantel) bis zu Drücken von 140 GPa und Temperaturen bis über 3500°C untersucht. Unterhalb 40 GPa reagiert Eisen bei hohen Temperaturen mit SiO2 zu Eisenoxid und einer Eisen-Silizium-Legierung mit bis zu 5 Gew.% Si. Im Druckbereich 40 - 140 GPa reagieren dagegen Eisen und SiO2 nicht miteinander, aber die Eisen-Silizium-Legierung zerfällt zu fast reinem Eisen und einer FeSi-Verbindung mit der Struktur des Cäsiumchlorids.

Die Bildung des metallischen Erdkerns fand in der frühen Entwicklungsstadien der Erde durch Abscheidung einer Eisenlegierung aus einem "Magma-Ozean" statt, der etwa 1000 km tief war. Die Eisenlegierung hat also einige Gew.% Silizium enthalten. Sie zersetzte sich bei weiteren Absinken in fast reines Eisen und die FeSi-Verbindung. Diese ist dichter als das Erdmantelmaterial, aber weniger dicht als flüssiges Eisen bei diesen Drücken, und sie wird sich daher an der Kern-Mantel-Grenze anreichern. Selbst heute könnte FeSi noch durch chemische Wechselwirkung zwischen Kern und Mantel neu entstehen. FeSi ist eine elektrisch leitende Verbindung und ihre Anreicherung in der D’’-Lage erklärt die anomal hohe elektrische Leitfähigkeit an der Basis des Erdmantels und liefert den Schlüssel für die Beobachtung, dass die Amplitude der Erd-Nutation gegenüber den Gezeitenkräften von Sonne und Mond phasenverschoben ist.



Kerstin Wodal | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de/presse/mitteil/13-bgi

Weitere Berichte zu: Eisen Erdkern Erdmantel GPa

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Klimawandel schwächt tropische Windsysteme
20.10.2017 | MARUM - Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen

nachricht An der Wurzel des Amazonas: Bodentiefe bestimmt Vegetationstyp
20.10.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise