Die Struktur der Erde hat eine fünfte Schicht: Aufprallende seismische Wellen enthüllen Geheimnisse des inneren Kerns des Planeten

Von Australian National University, 25. Februar 2023

Ein Erdbeben in Alaska verursachte, dass seismische Wellen bis in den innersten Kern der Erde vordrangen. Bildnachweis: Drew Whitehouse, Son Phạm und Hrvoje Tkalčic.

Laut Seismologen der Australian National University (ANU) haben Daten, die von durch Erdbeben verursachten seismischen Wellen erfasst wurden, neues Licht auf die tiefsten Teile des Erdkerns geworfen.

Durch die Messung der unterschiedlichen Geschwindigkeiten, mit denen diese Wellen den inneren Kern der Erde durchdringen und passieren, glauben die Forscher, Beweise für eine bestimmte Schicht im Inneren der Erde dokumentiert zu haben, die als innerster innerer Kern bekannt ist – eine feste „metallische Kugel“, die sich im Zentrum befindet des inneren Kerns.

Not long ago it was thought Earth’s structure was comprised of four distinct layers: the crust, the mantle, the outer core, and the inner core. The findings, published in Nature Communications<em>Nature Communications</em> is a peer-reviewed, open-access, multidisciplinary, scientific journal published by Nature Portfolio. It covers the natural sciences, including physics, biology, chemistry, medicine, and earth sciences. It began publishing in 2010 and has editorial offices in London, Berlin, New York City, and Shanghai. " data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Nature Communications, bestätigen Sie, dass es eine fünfte Schicht gibt.

„Die Existenz einer inneren Metallkugel im inneren Kern, dem innersten inneren Kern, wurde vor etwa 20 Jahren vermutet. Wir liefern nun eine weitere Beweislinie, um die Hypothese zu beweisen“, sagte Dr. Thanh-Son Phạm von der ANU Research School of Earth Sciences.

Professor Hrvoje Tkalčić, ebenfalls von der ANU, sagte, die Untersuchung des tiefen Inneren des Erdkerns könne uns mehr über die Vergangenheit und Entwicklung unseres Planeten erzählen.

„Dieser innere Kern ist wie eine Zeitkapsel der Evolutionsgeschichte der Erde – es ist eine versteinerte Aufzeichnung, die als Tor zu den Ereignissen der Vergangenheit unseres Planeten dient.“ Ereignisse, die sich vor Hunderten Millionen bis Milliarden Jahren auf der Erde ereigneten“, sagte er.

Die Forscher analysierten seismische Wellen, die sich direkt durch das Erdzentrum ausbreiten und auf der gegenüberliegenden Seite des Globus „ausspucken“, wo das Erdbeben ausgelöst wurde, auch Antipode genannt. Die Wellen wandern dann zurück zum Ursprung des Bebens.

Die ANU-Wissenschaftler beschreiben diesen Vorgang als ähnlich dem Hin- und Herspringen eines Tischtennisballs.

„Durch die Entwicklung einer Technik zur Verstärkung der von dicht besiedelten Seismographennetzwerken aufgezeichneten Signale konnten wir zum ersten Mal seismische Wellen beobachten, die bis zu fünfmal entlang des Erddurchmessers hin- und herspringen. Frühere Studien haben nur einen einzigen antipodischen Sprung dokumentiert“, sagte Dr. Phạm.

„Die Ergebnisse sind aufregend, weil sie eine neue Möglichkeit bieten, den inneren Kern der Erde und ihre zentralste Region zu untersuchen.“

Eines der von den Wissenschaftlern untersuchten Erdbeben hatte seinen Ursprung in Alaska. Die durch dieses Beben ausgelösten seismischen Wellen prallten irgendwo im Südatlantik ab, bevor sie zurück nach Alaska wanderten.

The researchers studied the anisotropy of the iron-nickel alloyA mixture of two metallic elements typically used to give greater strength or higher resistance to corrosion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Legierung, die das Innere des Erdkerns ausmacht. Anisotropie wird verwendet, um zu beschreiben, wie sich seismische Wellen durch das Material des Erdkerns beschleunigen oder verlangsamen, abhängig von der Richtung, in die sie sich ausbreiten. Die Ursache könnte eine unterschiedliche Anordnung der Eisenatome bei hohen Temperaturen und Drücken oder die bevorzugte Ausrichtung wachsender Kristalle sein.

Sie fanden heraus, dass die springenden seismischen Wellen wiederholt Orte in der Nähe des Erdmittelpunkts aus verschiedenen Winkeln sondierten. Durch die Analyse der Variationen der Laufzeit seismischer Wellen bei verschiedenen Erdbeben schließen die Wissenschaftler, dass sich die kristallisierte Struktur im innersten Bereich des inneren Kerns wahrscheinlich von der äußeren Schicht unterscheidet.

Sie sagen, es könnte erklären, warum die Wellen je nach Eintrittswinkel schneller oder langsamer werden, wenn sie in den innersten Kern eindringen.

Nach Angaben des ANU-Teams deuten die Ergebnisse darauf hin, dass es irgendwann im Laufe der Evolution der Erde ein großes globales Ereignis gegeben haben könnte, das zu einer „signifikanten“ Veränderung der Kristallstruktur oder Textur des inneren Erdkerns geführt hat.

„Es gibt immer noch viele unbeantwortete Fragen zum innersten Kern der Erde, der die Geheimnisse der Entstehung unseres Planeten bergen könnte“, sagte Professor Tkalčić.

Die Forscher analysierten Daten von etwa 200 Erdbeben der Stärke 6 und höher aus dem letzten Jahrzehnt.

Referenz: „Bis zu fünffach nachhallende Wellen durch den Erdmittelpunkt und deutlich anisotropen innersten Kern“ von Thanh-Son Phạm und Hrvoje Tkalčić, 21. Februar 2023, Nature Communications.DOI: 10.1038/s41467-023-36074-2