Der Erdkern als größtes Wasserstoffreservoir der Erde: Neue Einblicke durch Hochdruck-Experimente
Die Zusammensetzung des Erdkerns
Der Erdkern, der innerste Teil unseres Planeten, besteht hauptsächlich aus einer Eisen-Nickel-Legierung. Aufgrund seiner extremen Bedingungen – Temperaturen von bis zu 6000 Grad Celsius und Drücke von über 300 Gigapascal – ist er für direkte Untersuchungen unzugänglich. Wissenschaftler gehen jedoch davon aus, dass der Kern neben Eisen und Nickel auch leichtere Elemente wie Wasserstoff, Silizium und Sauerstoff enthält. Diese Elemente sind entscheidend, um das beobachtete Dichtedefizit des Erdkerns zu erklären.
Hochdruck-Experimente und ihre Bedeutung
Ein internationales Forschungsteam um Dongyang Huang von der ETH Zürich hat in einem innovativen Hochdruck-Experiment die Bedingungen des Erdkerns nachgebildet. Dabei wurde eine Eisenprobe in einem Silikatglas eingeschlossen und mit einem Laser auf bis zu 5.300 Grad erhitzt. Bei einem Druck von 85 Gigapascal entstanden so Miniaturversionen des Erdmantels und des Erdkerns. Diese Experimente zeigten, dass sich Wasserstoff, Silizium und Sauerstoff aus dem Silikat im Eisen lösen und Nanocluster bilden.
Wasserstoffgehalt des Erdkerns
Die Ergebnisse der Studie, veröffentlicht in Nature Communications, zeigen, dass der Erdkern zwischen 0,07 und 0,36 Gewichtsprozent Wasserstoff enthält. Dies entspricht dem neun- bis 45-fachen des Wasserstoffs in allen Ozeanen der Erde. Damit ist der Erdkern das größte Wasserstoffreservoir unseres Planeten. Diese Erkenntnis grenzt frühere Schätzungen ein, die den Wasserstoffgehalt des Kerns auf einen Bereich von zehn bis 10.000 Gewichtsanteilen pro einer Million schätzten.
Ursprung des Wasserstoffs
Die Studie gibt auch Aufschluss über den Ursprung des Wasserstoffs im Erdkern. Die Forscher vermuten, dass der Großteil des Wasserstoffs bereits während der Hauptphase der Erdentstehung, der sogenannten Akkretion, in den Kern gelangte. Staub und Planetenbausteine aus der Urwolke brachten demnach Wasserstoff mit, der später im Erdkern eingeschlossen wurde. Diese Theorie unterstützt die Annahme, dass die Erde von Anfang an Wasser besaß.
Implikationen für die Planetenforschung
Die neuen Erkenntnisse haben weitreichende Konsequenzen für das Verständnis der Planetenbildung und der frühen Erdgeschichte. Sie zeigen, dass leichte Elemente wie Wasserstoff eine zentrale Rolle bei der Zusammensetzung des Erdkerns spielen. Zudem unterstreichen sie die Bedeutung von Hochdruck-Experimenten für die geophysikalische Forschung, da sie Einblicke in die extremen Bedingungen des Erdinneren ermöglichen, die sonst unzugänglich sind.
