ETH-Studie: Erdkern enthält riesige Mengen Wasserstoff
Der Erdkern besteht nicht nur aus geschmolzenem Metall, sondern enthält auch eine riesige Menge Wasserstoff. Zu diesem Schluss kommt ein Forschungsteam der ETH Zürich.
Quelle: Charles Brongniart, unsplash
Der Erdkern enthält gemäss der Studie bis zu 45 Mal mehr Wasserstoff als alle Ozeane zusammen.
Der Reihe nach: Unser Planet entstand vor etwa 4,6 Milliarden Jahren. Damals kollidierten Massen aus Gestein, Gas und Staub, die die Sonne umkreisten, und vereinigten sich zur frühen Erde. Im Laufe der Zeit entstanden dabei Kern, Mantel und Kruste. Unter hohem Druck und enormer Temperatur begann sich der metallische Kern im Inneren zu bewegen. So erzeugt er ein Magnetfeld, das den Planeten schützt.
Forschende der ETH Zürich konnten nun zeigen, dass dieser Eisenkern der Erde nicht nur eine Masse aus geschmolzenem Metall ist: Er enthält ein riesiges «Reservoir» an Wasserstoff. Riesig heisst dabei: Der Erdkern enthält zwischen 9 und 45 Mal mehr Wasserstoff als die gesamte Wassermenge in allen Oberflächenozeanen zusammen. Nachzulesen ist dies in einer Studie, die in der Fachzeitschrift «Nature Communications» erschienen ist (siehe Box «Links» unten).
Erdkern enthielt früh Wasser
Der Erdkern könnte somit in den ersten Millionen Jahren der Erdgeschichte den größten Teil des Wassers enthalten haben. Nach Ansicht von Experten kann Wasserstoff nur dann in das flüssige Metall des Erdkerns eingebaut werden, wenn er in den frühesten Stadien der Erdentwicklung vorhanden war und direkt am Kernbildungsprozess beteiligt war.
Diese Entdeckung bestärkt die Hypothese, dass der größte Teil des Wassers von der Erde während ihrer frühen Entstehung aufgenommen wurde und nicht erst später durch Kollisionen mit Kometen dorthin gelangte, wie einige frühere Theorien vermuteten. Nach dem Kern enthalten übrigens der Mantel und die Kruste die meisten Wassermengen. An der Oberfläche unseres Planeten ist somit am wenigsten Wasser zu finden ist.
Quelle: ESKP.DE
Schnitt durch den Aufbau der Erde: Die Studie lässt vermuten, dass Wasserstoff während der gesamten Entstehung der Erde vorhanden war.
Experimente in der Diamantkompressionskammer
Die Bestimmung der Wasserstoffmenge im Erdkern stellt dabei eine grosse Herausforderung dar: Der Wasserstoff konnte nicht direkt beobachtet werden, und die extremen Druckbedingungen im Labor sind nur schwer nachzubilden. Zudem ist Wasserstoff das leichteste und kleinste aller Elemente. Seine Quantifizierung ist deshalb mit vielen herkömmlichen Analysemethoden nicht möglich.
In der neuen Studie nutzte das ETH-Team die Atomtomographie, eine Methode, die dreidimensionale Bilder und die Messung der chemischen Zusammensetzung auf atomarer Ebene ermöglicht. Eisenproben wurden mithilfe von Lasern in einer Diamantkompressionskammer geschmolzen, um die Temperatur und den Druck des Erdkerns zu simulieren.
Wasserstoffmenge geschätzt
Die Probe wurde danach zu einer mikroskopischen Nadelform vermahlen, diese wiederum einer Hochspannung ausgesetzt, was eine Ionisierung bewirkte. Danach konnten die Atome gezählt werden. Ergebnis: Das Wasserstoff-Silizium-Verhältnis in der Eisennanostruktur des Erdkerns beträgt etwa 1:1. Da es zum Siliziumgehalt des Kerns gute Schätzungen gibt, konnten die Forschenden die entsprechende Wasserstoffmenge bestimmen.
Sollten sich die Ergebnisse bestätigen, würde dies die Hypothese stützen, dass Wasserstoff während der gesamten Entstehung der Erde vorhanden war. Neben Gasen aus Nebeln könnten auch Wasser aus Kometen und Asteroiden eine Wasserstoffquelle für den Planeten gewesen sein. (bk)
