Wie sieht es im Inneren der Erde aus?

30. Mai 2024

Menschen sind auf den Mond gereist und zum tiefsten Punkt der Ozeane hinabgetaucht. Aber eine Reise zum Mittelpunkt der Erde wird immer Science-Fiction bleiben. Denn dem Druck und der Hitze, die dort herrschen, ist kein Bohrgerät gewachsen. Warum können Forschende dennoch sagen, wie der Kern unseres Blauen Planeten beschaffen ist?

Das tiefste Loch der Erde befindet sich auf der Halbinsel Kola. 1989 bohrten russische Geowissenschaftlerinnen und Geowissenschaftler hier 12.262 Meter in die Tiefe. Eine große Leistung – und doch nur ein kleiner Pikser in die Erdkruste. Bis zum Erdmittelpunkt fehlen von hier aus noch ganze 6.388 Kilometer. Und schon in diesem Bohrloch herrschen Temperaturen von über 200 Grad und ein hundertfach höherer Druck als in einem Autoreifen. Und je tiefer es hinuntergeht, desto höher wird der Druck, desto heißer und fester werden die Gesteine der Erdkruste; viel zu viel für unsere Technik.

Wie es in der Erde aussieht, können Forschende daher nur indirekt ermitteln. Etwa nach dem Prinzip: Wenn wir uns schon nicht tief genug nach unten graben können, nehmen wir doch einfach das unter die Lupe, was unsere aktive Erde selbst nach oben befördert – über Vulkane. Die schleudern heißes Material aus Hunderten Kilometern Tiefe an die Erdoberfläche. Aus der abgekühlten Lava können Forschende dann viel über die Zusammensetzung der Erdschichten erfahren.

Das gilt auch für Diamanten, die in 150 bis 800 Kilometern Tiefe entstehen. Temperatur und Druck sind dort groß genug, um Kohlenstoff zu kostbaren Klunkern zu backen. Die Diamanten werden ihrerseits mit dem heißen Magma aktiver Vulkane nach oben gerisen und an der Erdoberfläche ausgespuckt. Schneidet man sie auf, finden sich in ihnen immer wieder Mineralien oder andere Einschlüsse aus den Tiefen, denen sie entstammen.

Die extremen Aktivitäten unserer ruhelosen Erde geben Forschenden aber noch auf andere Weise Einblicke, wie es in ihr aussieht. Zum Beispiel durch die Untersuchung von Erdbebenwellen. Bebt an einem Ort die Erde, breiten sich diese Erschütterungen ähnlich wie Schallwellen durch den gesamten Erdball aus. Allerdings nicht immer im selben Tempo: In hartem Material kommen die Wellen zügiger voran als in weichem. Stoßen sie auf besonders dichte Gesteinsschichten, können sie auch reflektiert werden, etwa wie Licht an einer Glasscheibe. Und anders als die schnellen P-Wellen können die langsameren S-Wellen Flüssigkeiten gar nicht durchlaufen.

Ein weltumspannendes Netz von Seismografen zeichnet diese Wellen und ihren Verlauf auf. Aus den Mustern der Messungen können Forschende die Art der Wellen und ihre Geschwindigkeit ablesen und ihren Weg durch die Erdkugel zurückverfolgen. So ergibt sich nach und nach ein immer genaueres Bild davon, wie fest, dick- oder dünnflüssig die Erdschichten in der Tiefe sind, ob sie aus Gesteinen oder Metallen bestehen und wo die Grenzen dieser Schichten verlaufen: eine Röntgenaufnahme der Erde.

Was die Forschenden dabei gelernt haben: Der Aufbau der Erde erinnert an einen Pfirsich. Außen eine dünne, feste Schale – die Erdkruste aus Gestein, im Schnitt 35 Kilometer dick. Darunter kommt das Fruchtfleisch – der Erdmantel, eine fast 3.000 Kilometer mächtige Schicht aus magnesium- und eisenreichem Gestein, zäh wie Wachs. In der Mitte der Kern, der im Fall der Erde hauptsächlich Eisen und Nickel enthält. Dieser besteht wiederum aus einem inneren und einem äußeren Kern. Anders als beim Pfirsich ist der rund 2.200 Kilometer dicke äußere Kern aber nicht steinhart. Aufgrund der dortigen Temperaturen von 5.000 Grad ist das Metall geschmolzen und dünnflüssig wie Quecksilber.

Im Zentrum liegt der feste innere Kern. Der ist etwas kleiner als der Mond und mit mehr als 6.000 Grad so heiß wie die Sonnenoberfläche. Der Druck, der dort herrscht, ist 3,6-millionenfach so hoch wie der Druck der Erdatmosphäre. Er presst den Erdkern zu einem glühenden Eisenball zusammen und verhindert, dass er schmelzen kann.

Im flüssigen äußeren Erdkern wirken aufgrund der Erdrotation und der Fließbewegung und angetrieben durch die Hitze des Erdkerns Kräfte wie in einem Dynamo. Es bilden sich elektrische Ströme und ein gewaltiges Magnetfeld. Dieses Magnetfeld schützt zusammen mit der Atmosphäre die Erde vor gefährlicher Strahlung aus dem Weltall. Ohne seinen magnetischen Mittelpunkt wäre unser Blauer Planet also öde und leer.