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 Meeresforschung in Echtzeit verfolgen
22.02.2017 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

nachricht Weniger Sauerstoff in allen Meeren
16.02.2017 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Wie Proteine Zellmembranen verformen

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor Oliver Daumke vom MDC erforscht. Er und sein Team haben nun aufgeklärt, wie sich diese Proteine auf der Oberfläche von Zellen zusammenlagern und dadurch deren Außenhaut verformen.

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor...

Im Focus: Safe glide at total engine failure with ELA-inside

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded after a glide flight with an Airbus A320 in ditching on the Hudson River. All 155 people on board were saved.

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded...

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Poseidon goes Politics – Wer oder was regiert die Ozeane?

27.02.2017 | Veranstaltungen

Fachtagung Rapid Prototyping 2017 – Innovationen in Entwicklung und Produktion

27.02.2017 | Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Herz-Untersuchung: Kontrastmittel sparen mit dem Mini-Teilchenbeschleuniger

27.02.2017 | Medizintechnik

Neue Maßstäbe für eine bessere Wasserqualität in Europa

27.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wenn der Schmerz keine Worte findet - Künstliche Intelligenz zur automatisierten Schmerzerkennung

27.02.2017 | Medizintechnik