Die bewegte Erde

Die Kruste ist relativ gut erforscht, weil man hineinbohren kann. Aber je tiefer es in den Untergrund geht, desto verschwommener wird das Bild. Die Unwissenheit lässt sich an den vielen unterschiedlichen Theorien ablesen, die sich um das Erdinnere ranken. Noch in den letzten Jahren kamen einige dazu. So will ein Forscherteam um Qian Yuan von der Arizona State University herausgefunden haben, dass im Erdmantel ein kontinentgroßes Stück eines Himmelskörpers steckt. Dieser soll vor mehr als viereinhalb Milliarden Jahren mit der Urerde kollidiert sein, wobei der Mond entstanden sei. Eine andere These lautet, dass der innere Erdkern – eine kompakte Kugel aus einer schweren Eisen-Nickel-Legierung – relativ zur Gesamterde im Rhythmus von sechs Jahren dezent hin und her pendelt, und zwar genau um 0,3 Winkelgrad. Denn die Tage werden in diesem Rhythmus jeweils um eine Zehntel Millisekunde kürzer oder länger.

Vermutet wird zudem, dass wasserhaltiges Gestein aus der Erdkruste bis zur Kern-Mantel-Grenze absinkt und dort Eisen rosten lässt. Diese Grenzschicht zwischen Kern und Mantel, etwa 2.900 Kilometer unter unseren Füßen, sorgt ohnehin immer wieder für wilde Spekulationen. Es gibt sogar die Idee, dass sich dort eine Schicht aus riesigen Kristallen gebildet hat. Das erinnert schon sehr an Jules Verne.

Ein Abbild des Erdinneren

Wie lassen sich Erkenntnisse über das Innerste der Erde außer mit der Seismologie gewinnen? Eine Antwort gibt Sergey Lobanov, der am Deutschen Geoforschungszentrum (GFZ) in Potsdam arbeitet. Er schafft in seinem Labor Bedingungen, wie sie tief in der Erde herrschen. „Hohen Druck und hohe Temperaturen zu erzeugen, ist relativ einfach“, sagt er. Für den extremen Druck von einigen Tausend Kilobar braucht er nur einen Schraubenschlüssel, wie ihn jeder Baumarkt führt. Damit verschraubt er zwei handtellergroße Platten, auf denen jeweils ein Diamant sitzt. Die Edelsteine sind an der Spitze abgeflacht, sodass eine ebene Fläche von rund 0,1 Millimeter Durchmesser entsteht. Dazwischen klemmt eine Gesteinsprobe, ein winziges Körnchen. Für die nötige Hitze sorgt ein Infrarot-Laser, der das Objekt auf 6.000 Grad erhitzen kann. Das sind Bedingungen wie im Erdkern, wobei der Druck im vereinfachten Versuchsaufbau nur in einer Richtung wirkt. Welcher Druck auf der Probe lastet, lässt sich zumindest ungefähr bestimmen. Hier helfen Substanzen, die ebenfalls zwischen den Diamanten klemmen und als Indikatoren dienen. Lobanov verwendet etwa spezielle Rubinkristalle, die je nach Druck ihre Farbe ändern.

Die Apparatur im Labor, ein paar Schritte vom Arbeitszimmer entfernt, erinnert an ein optisches Experiment. Von beiden Seiten ist jeweils eine Kamera auf die Probe gerichtet. Als Lichtquelle dient ein Laser. Als Ergebnis liefert die Versuchsanordnung Informationen über physikalische Eigenschaften wie die Wärmeleitfähigkeit der Probe. Die ist besonders wichtig, weil sie entscheidet, wie schnell die Wärme aus dem Erdkern nach außen dringt. Auch die elektrische Leitfähigkeit lässt sich mit dem schlichten Versuchsaufbau recht gut bestimmen. Hier interessieren vor allem die Bedingungen im äußeren Erdkern, wo das Magnetfeld entsteht, das die gefährliche Teilchenstrahlung aus dem All abfängt. Die elektrische Leitfähigkeit ist eine der zentralen Stellschrauben für dieses lebenswichtige Feld. Allerdings kann man den Wert bisher trotz aller Versuche und Messungen nur schätzen. „Die Unsicherheit beträgt immerhin Faktor sieben“, sagt Lobanov.

Hier zeigt sich ein grundlegendes Problem, wenn es um das Innere der Erde geht. Es gibt so viele Variablen, dass sich eindeutige Aussagen bisher nicht treffen lassen: die Temperatur und den Druck, die chemische Zusammensetzung der Minerale und die Dynamik, die für permanente Veränderungen sorgt. Forscher wissen nicht genau, wo die Wärme herkommt und wie groß die Kristalle sind. Und alles hängt letztlich mit allem zusammen. Nur ein Beispiel: Im Erdmantel stecken 5 bis 10 Kilometer mächtige Strukturen, wie seismologische Messungen ergeben haben. Ob es sich dabei um Schmelzen handelt oder um eisenreiche Feststoffe, lässt sich nicht mit Sicherheit sagen. Denn beides würde die seismischen Wellen ähnlich beeinflussen. Zu Recht heißt es, man wisse über die Oberfläche vom Mars besser Bescheid als über das Innere der Erde.