Innere Erde, ETH Zürich: Kühlt schneller ab als erwartet

Das haben Forscher der ETH Zürich bewiesen in einer neu vorgestellten Studie wie ein gewöhnliches Mineral, das sich an der Grenze zwischen Erdkern und Erdmantel befindet, viel Wärme abgibt. Dies führt sie zu der Annahme, dass die Wärme innerhalb der Erde schneller abgebaut wird als bisher angenommen.

Die Abkühlung unseres Planeten ist praktisch die Geschichte seiner Evolution: Vor 4.5 Milliarden Jahren waren die Temperaturen auf der jungen Erde extrem hoch. Die Oberfläche unseres Planeten war buchstäblich ein tiefes Meer aus Magma: Es kühlte dann über Millionen von Jahren ab, um seine eigene (zerbrechliche) Kruste zu bilden. Nichtsdestotrotz löst die enorme thermische Energie, die aus dem Inneren der Erde erzeugt wird, immer noch mehrere dynamische Prozesse aus, wie etwa Mantelkonvektion, Plattentektonik und Vulkanismus.

Allerdings sind noch viele Fragen zu klären. Wie schnell hat sich die Erde abgekühlt? Wie lange wird es dauern, bis diese kontinuierliche Abkühlung des Erdinneren diese wärmegetriebenen Prozesse stoppt?

Die Antwort liegt in dir, blauer Planet

Eine mögliche Antwort auf diese Fragen findet sich in der Wärmeleitfähigkeit von Mineralien, an der Grenze zw Kern und den Erdmantel.

Die Grenzschicht ist wichtig, weil dort die Gesteine ​​des Erdmantels in direktem Kontakt mit der heißen Eisen-Nickel-Fusion des äußeren Kerns des Planeten stehen. Es ist ein Gebiet, das hauptsächlich von einem Mineral namens gebildet wird Brückenmanit. Da der Temperaturgradient zwischen den beiden Schichten sehr groß ist, kann hier viel Wärme fließen – aber Forscher hatten es nie leicht, Daten aus diesem Bereich zu sammeln.

Das Innere der Erde im Labor „nachgebaut“.

Nun, Professor Motohiko Murakami Die ETH und seine Kollegen haben ein ausgeklügeltes System entwickelt, mit dem sie die Wärmeleitfähigkeit von Bridgmanit im Labor unter den im Erdinneren herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen messen können.

„Mit diesem Messsystem konnten wir zeigen, dass die Wärmeleitfähigkeit von Bridgmanit etwa 1,5-mal höher ist als angenommen“, sagt Murakami. 

Dies deutet darauf hin, dass auch der Wärmefluss vom Kern zum Mantel größer ist als bisher angenommen. Und dies wiederum führt dazu, dass die Wärme freier fließen kann, was zu einer schnelleren Abkühlung führt. Dies kann dazu führen, dass sich die Plattentektonik schneller verlangsamt, als Forscher bisher vorhergesagt haben.

Die Folgen dieser Studie

Murakami und Kollegen zeigten auch, dass die schnelle Abkühlung des Mantels noch schneller werden könnte, weil Bridgmantit bei bestimmten Temperaturen zu Post-Perowskit wird, einem Mineral, das Wärme noch effizienter leitet.

Unsere Ergebnisse könnten uns eine neue Perspektive auf die Entwicklung der Dynamik der Erde geben. Sie deuten darauf hin, dass die Erde, wie die anderen Gesteinsplaneten Merkur und Mars, viel schneller als erwartet abkühlt und in den Ruhezustand übergeht.

Motohiko Murakami, ETH Zürich

Allerdings kann er nicht sagen, wie lange es dauern wird, bis die Konvektionsströme im Mantel aufhören. Wissenschaftler müssen mehr über diese Art von Ereignissen im Inneren der Erde wissen, bevor sie ihren zeitlichen Ablauf festlegen können.