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Eine experimentelle Überprüfung der Temperaturen im Erdinneren ist aus naheliegenden Gründen schwierig: Der Erdkern beginnt in knapp 3000 Kilometer Tiefe und hat eine Temperatur von plus/minus 6000 Kelvin, was etwa 5000 bis 6000 Grad Celsius entspricht. Die ETH-Wissenschaftler haben deshalb im Labor die Grenzschicht zwischen dem Erdkern und dem Erdmantel nachgestellt.
Messung durch ausgeklügeltes Messsystem
Diese Grenzschicht ist deshalb relevant, weil hier das zähflüssige Mantelgestein in direkten Kontakt mit der heissen Eisen-Nickel-Schmelze des äusseren Erdkerns steht. Der Temperaturgradient zwischen den beiden Schichten ist sehr gross, so dass hier also potenziell viel Wärme fliesst. Gebildet wird die Grenzschicht zur Hauptsache aus dem Mineral Bridgmanit.
ETH-Professor Motohiro Murakami und Kollegen der Carnegie Institution for Science haben ein ausgeklügeltes Messsystem entwickelt, das es ermöglicht, die Wärmeleitfähigkeit von Bridgmanit im Labor zu messen, und zwar unter den Druck- und Temperaturbedingungen, wie sie im Innern der Erde herrschen.
In Zukunft ein «toter» Planet wie Mars
«Mit diesem Messsystem konnten wir zeigen, dass die Wärmeleitfähigkeit von Bridgmanit etwa eineinhalbmal höher ist als angenommen», sagt Murakami. Dies lasse den Schluss zu, dass auch der Wärmefluss vom Kern in den Mantel höher sei als bisher gedacht. Dies kann dazu führen, dass die Plattentektonik, die durch die Konvektionsbewegungen des Mantels in Gang gehalten wird, schneller erlahmt als bisher angenommen.
«Unsere Ergebnisse könnten uns eine neue Perspektive auf die Entwicklung der Dynamik der Erde eröffnen. Sie deuten darauf hin, dass die Erde wie die anderen Gesteinsplaneten Merkur und Mars viel schneller als erwartet auskühlt und inaktiv wird», erklärt Murakami.