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 Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur
22.06.2017 | Fraunhofer-Gesellschaft

nachricht Ursuppe in Dosen
21.06.2017 | Universität Duisburg-Essen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften

'Fix Me Another Marguerite!'

23.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Der Form eine Funktion verleihen

23.06.2017 | Informationstechnologie