#Bremsende Schichten oberhalb des Erdkerns

Was das Innerste der Erde zusammenhält und überhaupt, wie es dort aussieht, davon haben Science-Fiction-Autoren wie Jules Verne sehr genaue Vorstellungen. Und auch Geowissenschaftler glauben, schon viele Geheimnisse des Erdinneren gelüftet zu haben. Aber abgesehen von den ersten wenigen Kilometern der obersten Erdkruste beruhen die Erkenntnisse über die tieferen Schichten der Erde weitgehend auf Modellen. Sie werden zwar von Messdaten wie seismischen und anderen geophysikalischen Beobachtungen gestützt, spiegeln aber dennoch nur eine Vorstellung vom Erdinneren wider. Deshalb ist es kein Wunder, wenn immer wieder neue „Entdeckungen“ aus dem Bauch der Erde verkündet werden.

Ein solches Beispiel sind dünne Gesteinsschichten unmittelbar oberhalb des Erdkerns: Durch die breiten sich seismische Wellen um bis zu 20 Prozent langsamer aus, als von den Modellen vorhergesagt. Eine internationale Forschergruppe hat nun bei der Auswertung seismischer Aufzeichnungen aus der Antarktis herausgefunden, dass diese „Ultra-low Velocity Zones“ (ULVZ) auf der Südhalbkugel des Erdkerns ungewöhnlich häufig sind.

Nach dem akzeptierten Modell des Aufbaus der Erde erstreckt sich unterhalb der nur wenige Dutzend Kilometer dicken Erdkruste der Erdmantel. In etwa 2900 Kilometer Tiefe wird er vom zweiteiligen Erdkern abgelöst. Der äußere Kern ist flüssig, das Innerste der Erde zwischen etwa 5100 Kilometer Tiefe und dem Erdmittelpunkt bei 6300 Kilometer ist fest.

Schichten passen nicht zum Modell

Die Grenze zwischen dem Erdkern und dem Mantel stellt einen Übergang dar, der noch drastischer ist als der an der Erdoberfläche, also der Grenze zwischen der festen Erde und der Atmosphäre und den Ozeanen. An der Kern-Mantel-Grenze kommt es einerseits zu signifikanten chemischen Veränderungen. So treffen dort die weitgehend aus Silikatmineralien bestehenden Gesteine des Mantels auf die metallene Legierung aus Eisen und Nickel des Erdkerns. Noch erheblicher sind die physikalischen Änderungen. So sind die Sprünge in Temperatur und Dichte an der Kern-Mantel-Grenze wesentlich größer als am Erdboden. Außerdem ist das Mantelgestein so zähflüssig, dass es sich fast in einem festen Zustand befindet. Die Legierung im Erdkern ist dagegen glutflüssig, und dessen Konvektionen erzeugen das Erdmagnetfeld.

Schon seit Jahren mehren sich die Hinweise, dass der Übergang vom Mantel zum Kern nicht abrupt und plötzlich stattfindet. Vielmehr hat man dort mehrere Zonen gefunden, die auf eine graduelle Grenzschicht hindeuten. Unter anderem scheint der Erdkern Beulen zu haben, die wie die Gebirge an der Erdoberfläche kilometerweit in den Erdmantel reichen. Rätsel geben zudem die ULVZ auf. Durch diese zwischen fünf und 50 Kilometer dicken Gesteinsschichten über dem Erdkern laufen seismische Wellen, verglichen mit dem gängigen Modell, extrem langsam.

Die Geschwindigkeit, mit der Erdbebenwellen durch das Erdinnere rasen – sie erreichen immerhin Geschwindigkeiten von mehreren Kilometern pro Sekunde –, hängt hauptsächlich von der Dichte des durchlaufenden Gesteins ab. Je dichter es ist, desto schneller die Wellen. Wenn es also Zonen geringer seismischer Geschwindigkeit gibt, dann muss darin die Dichte des Gesteins geringer sein als im Fels der Umgebung. Eine geringere Dichte bedeutet aber entweder eine wesentlich höhere Temperatur oder eine andere chemische Zusammensetzung. Nach bisherigen Untersuchungen, die im Wesentlichen von der Nordhalbkugel der Erde stammen, gibt es solche ULVZ über etwa zehn Prozent des Erdkerns.

Die Forschergruppe um Samantha Hansen von der University of Alabama in Tuscaloosa hat nun bei der Auswertung seismischer Messdaten von Erdbebenstationen in der Antarktis herausgefunden, dass diese langsamen Zonen oberhalb der Südhalbkugel des Erdkerns offenbar wesentlich häufiger vorkommen und möglicherweise fast ein Drittel von ihm bedecken. Sie kommt zu diesem Schluss, weil ein großer Teil der in der Antarktis aufgezeichneten, durch den Erdkern laufenden Wellen mit deutlicher Verspätung an den dortigen seismischen Stationen ankommt.

Wie diese Zonen langsamer Geschwindigkeit entstanden sind, ist auch für Hansen und ihr Team ein Rätsel. Wie die Gruppe nun in „Science Advances“ (doi: 10.1126/sciadv.add4838) schreibt, könnte es sich um vor Jahrmillionen im Erdmantel versunkene Ozeankruste handeln, die bis zum Erdkern subduziert wurde.