Äußerer Erdkern

Der äußere Erdkern liegt in einer Tiefe von rund 2.900 km bis 5.100 km unter der Erdoberfläche und hat somit eine Dicke von etwa 2.200 km. Er besteht aus einer Nickel-Eisen-Schmelze, die möglicherweise auch geringe Spuren von Schwefel oder Sauerstoff enthält. Er ist flüssig bei einer Temperatur von ca. 3.000 °C an der Grenze zum Erdmantel bis ca. 4.500 °C an der Grenze zum inneren festen Erdkern.

Entdeckungsgeschichte

Die Entdeckung, dass der Erdkern aus flüssigem Eisen besteht, gelang Harold Jeffreys 1926. 1936 konnte Inge Lehmann den Erdkern in einen festen inneren Kern und einen flüssigen äußeren Kern unterscheiden.

Entstehung des Erdmagnetfeldes

Als Ursache des Erdmagnetfeldes werden Strömungen im flüssigen äußeren Erdkern angesehen. Diese können durch die Corioliskraft und durch thermische und chemische Konvektion entstehen. Der Temperaturunterschied zwischen dem inneren Kern und dem unteren Mantel bewirkt die thermische Konvektion. Mit dem Auskristallisieren der Legierung am Rand des inneren Kerns kommt es zu chemischer Konvektion, weil im verbleibenden flüssigen Kern die Konzentration der Eisen-Nickel-Legierung nicht mehr einheitlich ist und einem Ausgleich zustrebt. Es ergeben sich schraubenförmige Strömungsmuster im äußeren Erdkern, die parallel zur Erdachse verlaufen und ein stabiles Magnetfeld erzeugen. Aus Simulationen lässt sich die dazu benötigte Energie von nur etwa 200.000 bis 500.000 Megawatt bestimmen.

Änderungen des Erdmagnetfeldes

Das Erdmagnetfeld ändert sich sowohl räumlich als auch zeitlich. Dazu kommt noch, dass man durch die in erkaltendem Lava eingefrorene Information über das Erdmagnetfeld auf zahlreiche Umpolungen schließen kann. Nach heutigem Wissensstand geschieht dies rein zufällig, wobei die letzte Umpolung vor 780.000 Jahren stattfand.

Mit Hilfe des CHAMP-Satelliten ermittelte man für das Jahr 2001 Fließgeschwindigkeiten am oberen Rand des flüssigen Erdkerns von bis zu 20 km pro Jahr. Außerdem noch eine generelle westwärts gerichtete Strömung unterschiedlicher Stärke, die nur unter dem Indischen Ozean entgegengesetzt verläuft.

Wirkung des Erdmagnetfeldes auf den inneren Erdkern

Im Zusammenwirken mit der Erdrotation ist die Strömung der beweglichen Eisenschmelze aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit verantwortlich für das Erdmagnetfeld. Der innere Erdkern rotiert rund 0,009 Sekunden pro Jahr^[1] schneller als Erdmantel und Erdkruste. Das durch die Strömung der beweglichen Eisenschmelze erzeugte Magnetfeld erzeugt im festen inneren Kern einen elektrischen Strom. Dieser wechselwirkt wiederum mit dem Magnetfeld, wodurch sich der innere Kern schneller dreht. Diese sogenannte Superrotation ist also eine Folge des im äußeren Erdkern erzeugten Erdmagnetfeldes.

Kern-Mantel-Grenze

Die Kern-Mantel-Grenze oder auch D"-Schicht ist zwischen 200 km und 300 km mächtig und zeichnet sich durch einen starken Temperaturgradienten aus. Neueste Forschungsergebnisse belegen, dass in dieser Zone zwischen dem flüssigen Erdkern und dem festen Gestein des Erdmantels Strömungen und Turbulenzen existieren. Hier bilden sich Eisen-Silizium-Gemische, mit denen das Erdmagnetfeld in Wechselwirkung steht.

Darüber hinaus legen Simulationen nahe, dass kaltes, von der Erdkruste bis zum Boden des Erdmantels abgesunkenes Gestein lokal den äußeren Erdkern abkühlt und so Störungen im Konvektionsmuster erzeugt, die zu Wanderungen des Erdmagnetfeldes führen.

Einzelnachweise

1. ↑ BBC News: Earth's core runs ahead of crust

Literatur

• Martin Okrusch, Siegfried Matthes: Mineralogie. Springer 2005, ISBN 9783540238126, S. 422 (eingeschränkte Online-Version in der Google Buchsuche)

Weblinks

• Erdkern auf wissenschaft-online.de
• Erdkern auf geologieinfo.de
• Der Geodynamo - so macht die Erde ihr Magnetfeld
• Wilde Reibereien zwischen Erdkern und Mantel
• Erdkern überholt Erdkruste
• Das tiefe Erdinnere auf geokommission.de