Wissenschaftler haben gerade das Alter des inneren Erdkerns eingegrenzt

Irgendwann in der 4,5 Milliarden Jahre alten Erdgeschichte kühlte sich ihr vollständig flüssiger Eisenkern so weit ab, dass sich im Zentrum eine feste Kugel bildete. Heute besteht der Kern unseres Planeten aus einem festen inneren Kern aus Eisen, der von einem äußeren Kern aus geschmolzenem Eisen umgeben ist. Es hat sich jedoch als ziemlich schwierig erwiesen, genau zu bestimmen, wann diese Veränderung stattfand.

Schätzungen reichen von vor 4,5 Milliarden Jahren – dem Alter der Erde selbst – bis Vor 565 Millionen Jahren ; Jetzt hat eine neue Studie es endlich eingegrenzt. Nach Daten aus Laborexperimenten, die ähnliche Bedingungen wie im Planetenkern schaffen, dürfte das Alter des inneren Kerns zwischen 1 und 1,3 Milliarden Jahren liegen.

Dies wiederum hilft uns, das Alter einzugrenzen Geodynamo , das das Magnetfeld um die Erde antreibt. Dieses Magnetfeld trägt zu lebensfreundlichen Bedingungen bei, wie wir sie kennen Schutz der Atmosphäre des Planeten davor, vom Sonnenwind weggeblasen zu werden.

Daher ist es nicht verwunderlich, dass Wissenschaftler großes Interesse daran haben, wie es entstanden ist und wie es erhalten bleibt.

„Die Menschen sind wirklich neugierig und gespannt darauf, etwas über den Ursprung des Geodynamos und die Stärke des Magnetfelds zu erfahren, denn sie alle tragen zur Bewohnbarkeit eines Planeten bei.“ sagte der Geowissenschaftler Jung-Fu Lin der University of Texas in Austin.

Der Geodynamo entsteht durch die Zirkulation von leitendem Eisen im äußeren Kern, angetrieben durch Konvektion, die von angetrieben wird zwei Mechanismen .

Erstens gibt es die thermische Konvektion, die durch Temperaturschwankungen erzeugt wird; Dies kann in einem vollständig flüssigen Kern auftreten. Zweitens gibt es die kompositorische Konvektion, bei der leichtere Elemente, die an der inneren Kerngrenze freigesetzt werden, durch den flüssigen äußeren Kern aufsteigen und so Bewegung erzeugen.

In beiden Fällen erzeugt diese leitende Flüssigkeit elektrische Ströme, die den Kern aufladen und ihn im Wesentlichen in einen riesigen Elektromagneten verwandeln. Und voilà! Ein Magnetfeld. Derzeit sind im Erdkern beide Konvektionsarten vorhanden, die gleichermaßen zum Geodynamo beitragen.

Doch bevor der feste Kern kristallisierte, war im Erdkern nur thermische Konvektion möglich. Dies ist in der Lage, den Geodynamo zu erzeugen, aber um ihn über Milliarden von Jahren aufrechtzuerhalten, wie es für die jüngeren Schätzungen des Alters des inneren Kerns erforderlich ist, hätte das Eisen extrem heiß sein müssen – was unrealistisch ist.

Um solche Temperaturen zu leiten und aufrechtzuerhalten, muss die Wärmeleitfähigkeit von Eisen – also die Fähigkeit, Wärme effizient zu leiten – hoch sein. Deshalb beschloss das Team, die Wärmeleitfähigkeit von Eisen unter Drücken und Temperaturen zu untersuchen, die denen im Kern nahekommen.

Dazu nahmen sie eine Eisenprobe, bestrahlten sie mit Laserstrahlen, um sie zu erhitzen, und zerquetschten sie in einem Diamantamboss. Es hat viel länger gedauert als es zu beschreiben: viele Versuche über zwei Jahre hinweg. Schließlich gelang es dem Team jedoch, die elektrische und thermische Leitfähigkeit der Probe unter einem Druck von 170 Gigapascal (das ist das 1,7 Millionenfache des atmosphärischen Drucks auf Meereshöhe) und Temperaturen von 3.000 Kelvin zu messen.

Die Drücke im äußeren Kern reichen von 135 bis 330 Gigapascal von der äußeren Grenze bis zur Grenze des inneren Kerns, während die Temperaturen zwischen 4.000 und 5.000 Kelvin liegen. Es wird angenommen, dass der innere Kern erreicht wird über 6.000 Kelvin (aber das Eisen verfestigt sich unter dem starken Druck).

Als das Team die Leitfähigkeit in der Probe maß, stellte es fest, dass sie 30 bis 50 Prozent niedriger war als das, was für die Altersschätzung des inneren Kerns auf 565 Millionen Jahre erforderlich wäre. Daher könnten die Forscher eine Obergrenze für die Wärmeleitfähigkeit von flüssigem Eisen unter Kernbedingungen festlegen – was wiederum eine Obergrenze dafür festlegt, wie viel Wärme geleitet und gespeichert werden kann.

Mit all dem konnten sie endlich das Alter des inneren Erdkerns abschätzen.

„Sobald man tatsächlich weiß, wie viel von diesem Wärmefluss vom äußeren Kern zum unteren Erdmantel kommt, kann man tatsächlich darüber nachdenken, wann die Erde so weit abgekühlt ist, dass der innere Kern zu kristallisieren beginnt.“ Sagte Lin .

Interessanterweise passt der Zeitplan des Teams genau zu einer Änderung des Erdmagnetfelds. Die Anordnung magnetischer Materialien in Gesteinen vor 1 bis 1,5 Milliarden Jahren zeigt, dass es eine gab Erhöhung der magnetischen Feldstärke ungefähr zu diesem Zeitpunkt - wie es für den Zeitpunkt zu erwarten wäre, zu dem der innere Kern kristallisierte.

Ein ähnlicher Anstieg war jedoch auch vor 565 Millionen Jahren zu beobachten. Wenn der innere Kern früher kristallisierte, bedeutet das, was die Erde vor 565 Millionen Jahren getan hat, immer noch ein Rätsel.

„Weitere Untersuchungen zwischen Mineralphysik, Geodynamik und Paläomagnetismus sind erforderlich, um diese Diskrepanz zu beseitigen.“ schrieben die Forscher .

Die Forschung wurde veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Untersuchung .