Erdkern könnte Dutzende Ozeane Wasserstoff beherbergen

Global - Ekhbary Nachrichtenagentur

Der Erdkern: Ein versteckter Wasserstoffozean, der geologische Prozesse antreibt

Jüngste bahnbrechende wissenschaftliche Untersuchungen legen nahe, dass die tiefsten Bereiche unseres Planeten, sein metallischer Kern, ein immenses, bisher unterschätztes Wasserstoffreservoir beherbergen könnten, das Dutzenden von Oberflächenozeanen entspricht. Diese Entdeckung, detailliert in einer am 10. Februar in Nature Communications veröffentlichten Studie, stellt bestehende Modelle der inneren Zusammensetzung der Erde in Frage und hat tiefgreifende Auswirkungen auf das Verständnis der grundlegenden geologischen Prozesse, die unsere Welt formen, einschließlich der vulkanischen Aktivität und der langfristigen thermischen Entwicklung des Planeten.

Seit Jahrhunderten wird der Erdkern hauptsächlich als Eisen-Nickel-Legierung betrachtet, ein dichter metallischer Kern, der von Geheimnissen umhüllt ist. Neue experimentelle Beweise deuten jedoch darauf hin, dass Wasserstoff, das häufigste Element im Universum, bis zu 0,36 Prozent des Kerngewichts ausmachen könnte. Dieses riesige, unterirdische Wasserstofflager, als „chthonische Reserven“ bezeichnet, existiert unter den extremen Bedingungen des Kerns selbst nicht als flüssiges Wasser. Stattdessen liegt seine Bedeutung in seinem Potenzial, nach oben zu wandern. Wenn dieser Wasserstoff in den darüber liegenden, sauerstoffreichen Mantel entweicht, reagiert er zu Wasser – ein Prozess mit weitreichenden Folgen für die Dynamik des Planeten.

Der Geodynamiker Motohiko Murakami von der ETH Zürich, ein leitender Forscher der Studie, erklärt die kritische Rolle von Sauerstoff bei dieser Transformation. „Sauerstoff ist eines der häufigsten Mineralelemente im Mantel“, bemerkt Murakami und betont, wie diese Wechselwirkung die Bildung von Wasser aus dem wandernden Wasserstoff erleichtert. Dieses neu gebildete Wasser kann dann als entscheidender Katalysator wirken, das Schmelzverhalten von Mantelgesteinen beeinflussen und somit die Magmaerzeugung sowie die Häufigkeit und Intensität von Vulkanausbrüchen an der Oberfläche beeinflussen.

Die wissenschaftliche Gemeinschaft hat lange Zeit darum gerungen, die genaue Zusammensetzung des unzugänglichen Erdkerns zu schätzen. Frühere Versuche, Wasserstoffreserven zu quantifizieren, waren oft indirekt und basierten auf Beobachtungen von Volumenänderungen, wenn Wasserstoff unter Laborbedingungen zu Eisen hinzugefügt wurde. Diese Methoden lieferten stark variierende Schätzungen, was die Notwendigkeit eines direkteren und robusteren Ansatzes unterstrich. Murakami und sein Team stellten sich dieser Herausforderung, indem sie die extremen Drücke und Temperaturen, die tief im Inneren der Erde herrschen, akribisch nachbildeten.

Ihr innovativer Versuchsaufbau umfasste die Herstellung künstlicher Kernmaterialien: winzige Eisensplitter, die in eine wasserstoffhaltige Glasmatrix eingebettet waren. Diese Proben wurden dann immensen Kräften ausgesetzt, indem sie in einer leistungsstarken mechanischen Presse zwischen zwei Industriediamanten gepresst wurden. Gleichzeitig wurde ein fokussierter Laserstrahl durch die Diamanten geleitet, um die Proben auf erstaunliche 4.826° Celsius (8.720° Fahrenheit) zu erhitzen – Bedingungen, die der Hölle des frühen Erdinneren ähneln. Unter solch extremer Hitze und Druck schmolzen die Proben und verschmolzen zu mikroskopisch kleinen Eisenklumpen, die mit Silizium, Wasserstoff und Sauerstoff vermischt waren, und imitierten den ursprünglichen Zustand, aus dem sich der Erdkern während seiner frühen Magma-Ozean-Phase gebildet haben soll.

Nach schnellem Abkühlen und Erstarren verwendeten die Forscher eine spezielle Sonde, um die Verteilung der Elemente in den Proben präzise zu kartieren. Diese detaillierte Analyse enthüllte ausgeprägte, winzige Strukturen, die innerhalb der Eisenmatrix erstarrt waren. Entscheidend war, dass Silizium und Wasserstoff ausschließlich innerhalb dieser Strukturen und, was noch wichtiger ist, in gleichen Atomanteilen gefunden wurden. Dieses Eins-zu-Eins-Atomverhältnis erwies sich als entscheidende Entdeckung. Frühere Experimente, geophysikalische Beobachtungen und Simulationen hatten bereits festgestellt, dass der Erdkern 2 bis 10 Gewichtsprozent Silizium enthält.

Basierend auf dieser etablierten Siliziumhäufigkeit und ihrem neuen Eins-zu-Eins-Verhältnis führten Murakami und seine Kollegen aktualisierte Berechnungen durch. Ihre Schätzungen legen nahe, dass der viel leichtere Wasserstoff etwa 0,07 bis 0,36 Gewichtsprozent des Erdkerns ausmacht. Um dies ins rechte Licht zu rücken, veranschaulicht Murakami die Größe dieses Reservoirs anschaulich: „Das sind neun bis 45 Ozeane“ Wasser, ein erstaunliches Volumen, das unter unseren Füßen verborgen ist. Diese Zahl impliziert einen Wasserstoffspeicher, der potenziell das gesamte flüssige Wasser, das derzeit auf der Erdoberfläche gefunden wird, in den Schatten stellen könnte.

Die Implikationen gehen über die reine Quantifizierung hinaus. Über geologische Zeiträume ist es sehr wahrscheinlich, dass ein Teil dieses tief sitzenden Wasserstoffs allmählich aus dem Kern in den darüber liegenden Mantel gesickert ist, wo er sich in Wasser verwandelt. Dieses Wasser wiederum senkt den Schmelzpunkt von Mantelgesteinen erheblich, wodurch sie formbarer und anfälliger für das Schmelzen werden. Die daraus resultierende Magmaerzeugung ist ein grundlegender Motor geologischer Aktivität, der direkt die Vulkanausbrüche und tektonischen Bewegungen antreibt, die Kontinente und Meeresböden formen. Diese tiefe Verbindung zwischen der innersten Schicht der Erde und den Oberflächenphänomenen unterstreicht die komplexe und dynamische Natur unseres Planeten.

Diese Forschung bietet nicht nur eine direktere und genauere Bewertung der Wasserstoffpräsenz im Erdkern, sondern auch eine neue Perspektive auf den tiefen Wasserkreislauf des Planeten und seinen potenziellen Einfluss auf geodynamische Prozesse. Das Verständnis dieser verborgenen Reservoirs ist entscheidend für die Verfeinerung unserer Modelle der Planetenbildung, der inneren Struktur und der Mechanismen, die die geologische Aktivität im Laufe der Erdgeschichte aufrechterhalten haben, und könnte möglicherweise sogar Licht auf die für das Leben notwendigen Bedingungen werfen.

Ekhbary Nachrichtenagentur