von DIRK EIDEMÜLLER
Tief im Innern der Erde ruht eine gewaltige Kugel aus Eisen: der Erdkern. Er ist innen fest und in seinen äußeren Bereichen flüssig. Das ist aus der Untersuchung von Erdbebenwellen bekannt, die den ganzen Planeten durchlaufen können. Doch inwieweit steht der Erdkern in Wechselwirkung mit dem darüberliegenden, zähflüssigen Erdmantel? Ein internationales Forschungsteam um Matthias Willbold von der Universität Göttingen hat hierzu eine neue Studie in der Fachzeitschrift nature veröffentlicht – mit überraschenden Erkenntnissen: Anscheinend sind Erdkern und Erdmantel doch nicht so scharf voneinander getrennt, wie man lange gedacht hatte.
„Der Erdkern besteht im Wesentlichen aus metallischem Eisen und der Erdmantel aus silikatischen Gesteinen“, sagt Willbold. „Bislang ging man davon aus, dass sich diese beiden doch sehr unterschiedlichen Materialien unter den extremen Bedingungen an der Kern-Mantel-Grenze nur sehr schwer mischen, wenn überhaupt.“
Bisherige Analysen an verschiedenen Proben, die etwa über vulkanische Prozesse Material aus der Tiefe des Planeten an die Oberfläche befördert haben, waren nicht allzu aufschlussreich. Doch das Forschungsteam hat jetzt eine neue Methode ersonnen, die sich als sehr informativ herausgestellt hat.
Mithilfe von Massenspektroskopie haben die Wissenschaftler nach den Unterschieden in der Isotopen-Zusammensetzung des Edelmetalls Ruthenium gesucht. Dieses Metall ist hochgradig siderophil – also „eisenliebend“ – und lagert sich bevorzugt im Erdkern ein. Nun konnte das Team in Gesteinen einen unterschiedlichen Anteil der Ruthenium-Isotope Ru-100 und Ru-102 feststellen.
„Das Ruthenium stammt, wie andere schwere Elemente auch, aus Supernovae. Diese Sternexplosionen haben sich vor der Bildung unseres Planetensystems ereignet“, sagt Willbold.
Das Material, aus dem der Erdkern vor rund 4,5 Milliarden Jahren entstand, hat eine leicht andere Zusammensetzung als das des Erdmantels, weil dieser von den starken Meteoritenschauern in der Frühphase unseres Planeten vor rund vier Milliarden Jahren beeinflusst wurde. Die Meteoriten stammen aus einer Region unseres Sonnensystems, die bei Elementen wie Ruthenium eine etwas zu schwereren Isotopen hin verschobene Zusammensetzung aufweist.
„Wir haben deshalb Vulkangestein aus Hawaii, das aus einer großen Tiefe stammt, mit hochempfindlicher Massenspektrometrie untersucht und konnten dabei eine leichte Erhöhung des Anteils an Ru-100 feststellen“, resümiert der Geowissenschaftler. Dieses Isotop tritt im Erdkern etwas häufiger auf als im Erdmantel. „Die Ergebnisse lassen nur noch sehr wenig Zweifel daran, dass tatsächlich Kernmaterial in den darüber liegenden Mantel ‚sickert‘.“
