Erdinneres kühlt schneller ab als erwartet

Die Ent­wick­lung un­se­rer Er­de ist die Ge­schich­te ih­rer Ab­küh­lung: Vor 4,5 Mil­li­ar­den Jah­ren herrsch­ten auf der Ober­flä­che der jun­gen Er­de ex­tre­me Tem­pe­ra­tu­ren, und sie war von ei­nem tie­fen Mag­ma­oze­an be­deckt. Doch im Lauf der Jahr­mil­lio­nen kühl­te der Pla­net ober­fläch­lich ab, und es bil­de­te sich ei­ne sprö­de Krus­te. Die ge­wal­ti­ge, aus dem Erd­in­nern frei­ge­setz­te Wär­me­en­er­gie setz­te je­doch dy­na­mi­sche Pro­zes­se in Gang, wie et­wa die Man­tel­kon­vek­ti­on, die Plat­ten­tek­to­nik oder Vul­ka­nis­mus.

Noch of­fen sind aber die Fra­gen, wie schnell sich die Er­de ab­ge­kühlt hat und wie lan­ge es dau­ern könn­te, bis die er­wähn­ten wär­me­ge­trie­be­nen Pro­zes­se auf­grund der fort­schrei­ten­den Ab­küh­lung zum Still­stand kom­men.

Ei­ne Ant­wort dar­über lie­fert mög­li­cher­wei­se die Wär­me­leit­fä­hig­keit der Mi­ne­ra­li­en, die die Gren­ze zwi­schen dem Erd­kern und dem Erd­man­tel bil­den.

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. Wie viel Wär­me die­ses Mi­ne­ral vom Erd­kern in den Man­tel lei­tet, kön­nen For­schen­de je­doch schlecht ein­schät­zen, da die ex­pe­ri­men­tel­le Über­prü­fung sehr schwie­rig ist.

ETH-​Professor Mo­to­hi­ro Mu­ra­ka­mi und Kol­le­gen der Car­ne­gie In­sti­tu­ti­on for Sci­ence ha­ben des­halb 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. Für die Mes­sun­gen ver­wen­de­ten sie ein kürz­lich ent­wi­ckel­tes op­ti­sches Ab­sorp­ti­ons­mess­sys­tem in ei­ner mit ei­nem ge­puls­ten La­ser be­heiz­ten Dia­mant­ein­heit.