Woher wissen wir, wie es in der Erde aussieht?

Die Erde besteht aus vier Hauptschichten: der Erdkruste, dem Erdmantel und dem √§u√üeren und dem inneren Kern. Auch mit modernsten wissenschaftlichen Techniken k√∂nnen wir diese Erdschichten nicht direkt erreichen ‚Äď mit Ausnahme der √§u√üeren Schicht, der Erdkruste, auf der wir leben.

Der tiefste Punkt, der jemals in die Erdkruste gebohrt wurde, geht nur 12 km ins Erdinnere (das ist ungef√§hr so weit wie die Strecke von M√ľnster-Gievenbeck nach M√ľnster-Gremmendorf). Um den Mittelpunkt der Erde zu erreichen, m√ľssten wir 6371 km lang bohren, was in etwa der Entfernung zwischen M√ľnster und Washington DC entspricht.

Wie k√∂nnen wir also etwas √ľber die inneren Schichten der Erde lernen, obwohl wir sie nicht direkt untersuchen k√∂nnen?

Wellen, die bei gro√üen Erdbeben entstehen, k√∂nnen uns helfen. Diese Wellen, seismische Wellen genannt, breiten sich im Inneren unseres Planeten aus und k√∂nnen uns einige wertvolle Informationen √ľber die Zusammensetzung der inneren Erdschichten geben. Es gibt zwei Haupttypen von seismischen Wellen: prim√§re und sekund√§re. Prim√§ren Wellen k√∂nnen sich sowohl in festen Stoffen als auch in Fl√ľssigkeiten ausbreiten. Sekund√§re Wellen breiten sich hingegen nur in festen Stoffen aus. Wenn wir also zum Beispiel ein Erdbeben in Indonesien haben, k√∂nnen wir die seismischen Wellen in M√ľnster mit einem hochempfindlichen Seismometer nachweisen. Wir k√∂nnen die Ankunft der Prim√§rwellen beobachten, aber nicht die der Sekund√§rwellen. Warum? Weil die Sekund√§rwellen w√§hrend ihrer Reise im Inneren unseres Planeten auf eine Fl√ľssigkeitsschicht „sto√üen“ und somit ihre Reise zu unserem Seismometer abbrechen. Die fl√ľssige Schicht, auf die sie treffen, ist der √§u√üere Erdkern. Er ist der Grund, warum wir die Sekund√§rwellen, die von der gegen√ľberliegenden Seite des Planeten kommen, nicht messen k√∂nnen.

Seismische Wellen können auch gebogen werden und ihre Geschwindigkeit ändern, wenn sie von einem Material zum anderen wandern. Durch die Untersuchung der Variationen in der Geschwindigkeit der Primärwellen entdeckte eine Forscherin, Inge Lehmann, das Vorhandensein des inneren festen Kerns der Erde, direkt im Zentrum unseres Planeten.

Wissenschaftler:innen entwickelten auch andere Methoden, um das Innere der Erde zu untersuchen, wie z. B. Experimente zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung der verschiedenen Schichten. Tatsächlich können wir die in der Tiefe herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen simulieren, indem wir Feststoffpressen, sogenannte Kolbenzylinder, verwenden. Mit diesen Geräten können wir Bedingungen bis zu 100 km in der Tiefe simulieren. Wir können zum Beispiel untersuchen, wie sich ein Gestein bei bestimmten Bedingungen verhält, welche Mineralien stabil sind oder was mit bestimmten Stoffen wie Wasser oder Kohlendioxid passiert, wenn sie in den tiefen Bereichen unseres Planeten vorhanden sind.

Um noch h√∂here Druckbedingungen zu simulieren, entwickelten Wissenschaftler:innen eine weitere interessante Apparatur, die sogenannte Diamant-Anvil-Zelle. Diamanten sind das h√§rteste nat√ľrliche Material. Durch das Zusammendr√ľcken einer Probe zwischen zwei Diamanten k√∂nnen wir einen extremen Druck erzeugen, der den Bedingungen im inneren Erdkern entspricht. Dadurch k√∂nnen wir seine Zusammensetzung untersuchen ‚Äď so wie es Inge Lehmann in ihren Studien √ľber seismische Wellen vorausgesagt hat.

Dr. Carla Tiraboschi

Institut f√ľr Mineralogie, Women in Research fellow

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