Der innere Kern der Erde sollte technisch nicht existieren

Eines Tages, vor etwa einer Milliarde Jahren, hatte der innere Kern der Erde einen Wachstumsschub. Die geschmolzene Kugel aus flüssigem Metall in der Mitte unseres Planeten kristallisierte sich rasch aufgrund von sinkenden Temperaturen aus und wuchs stetig nach außen, bis sie den ungefähr 1.220 Kilometer (1.260 Kilometer) Durchmesser erreichte, von dem man glaubt, dass er sich bis heute erstreckt.

Das ist die konventionelle Geschichte der Schöpfung des inneren Kerns. Aber laut einer neuen Veröffentlichung, die diese Woche online in der Zeitschrift Earth and Planetary Science Letters veröffentlicht wurde, ist diese Geschichte unmöglich.

In dem Papier argumentierten die Forscher, dass das Standardmodell, wie der Kern der Erde gebildet wird, ein entscheidendes Detail darüber, wie Metalle kristallisieren, enthält: ein obligatorischer, massiver Temperaturabfall, der bei Kerndruck extrem schwierig zu erreichen wäre. [6 Visionen des Erdkerns]

Weirder noch, die Forscher sagten, sobald Sie für dieses fehlende Detail erklären, scheint die Wissenschaft darauf hinzuweisen, dass der innere Kern der Erde überhaupt nicht existieren sollte.

Das Paradox im Zentrum unseres Planeten

"Jeder, auch wir selbst, schien dieses große Problem zu verfehlen", sagte Studienautor Steven Hauck, Professor für Erd-, Umwelt- und Planetenwissenschaften an der Case Western Reserve Universität in Ohio, in einer Erklärung. Es fehlte ihnen nämlich, "dass Metalle nicht augenblicklich kristallisieren, wenn nicht etwas vorhanden ist, das die Energiebarriere stark senkt."

In der Chemie ist diese zusätzliche Energie als Keimbildungsbarriere bekannt: der Punkt, an dem eine Verbindung ihre thermodynamische Phase sichtbar ändert. Flüssiges Wasser zum Beispiel gefriert bei den bekannten 32 Grad Fahrenheit (0 Grad Celsius) in einen Feststoff. Wenn Sie jemals Eiswürfel zu Hause hergestellt haben, wissen Sie, dass selbst Wasser, das am Gefrierpunkt gelagert wird, mehrere Stunden dauern kann, um vollständig zu kristallisieren. Um den Prozess zu beschleunigen, müssen Sie das Wasser entweder deutlich kälteren Temperaturen aussetzen (dies wird als "Unterkühlung" bezeichnet) oder es einem bereits festen Eisstück aussetzen, um die Keimbildungsbarriere zu senken und so die erforderliche Kühlung zu reduzieren.

Supercooling ist für einen einzelnen Eiswürfel leicht zu erreichen, aber für den riesigen inneren Kern der Erde werden die Dinge ein wenig komplizierter, sagten die Forscher.

"Bei den Drücken des Kerns müsste er 1.000 Grad Kelvin (1.000 Grad Celsius oder 1.800 Grad F) oder mehr unter die Schmelztemperatur abkühlen, um spontan aus reiner Flüssigkeit zu kristallisieren", sagte Hauck gegenüber Live Science. "Und das ist eine Menge Kühlung, zumal die wissenschaftliche Gemeinschaft im Moment glaubt, die Erde kühle vielleicht etwa 100 Grad K pro Milliarde Jahre."

Nach diesem Modell "sollte der innere Kern überhaupt nicht existieren, weil er nicht in diesem Ausmaß unterkühlt worden sein könnte", sagte der Studienautor Jim Van Orman, ebenfalls Professor für Erd-, Umwelt- und Planetenwissenschaften bei Case Western, gegenüber Live Wissenschaft. Die Kernbildungsbarriere des geschmolzenen inneren Kerns muss, wie er sagte, auf andere Weise abgesenkt worden sein - aber wie?

Der Kern des Problems

In ihrer Arbeit schlugen die Forscher eine Möglichkeit vor: Vielleicht fiel ein massiver Klumpen fester Metalllegierung aus dem Mantel und stürzte in den flüssigen Kern. Wie ein Eiswürfel, der in ein Glas langsam gefrierenden Wassers getaucht wurde, hätte dieses massive Metallstück die Nukleationsbarriere des Kerns so weit gesenkt, dass eine schnelle Kristallisation ausgelöst werden konnte.

Es gibt jedoch einen großen Vorbehalt: Es müsste ein wirklich massives Stück Metall sein, um zu arbeiten.

"Um in den Kern freigesetzt zu werden und dann bis zum Mittelpunkt der Erde zu gelangen, ohne sich aufzulösen ... müsste dieser Tropfen in einem Radius von etwa 10 km Radius liegen", sagte Van Orman . Das bedeutet einen Durchmesser über die Länge der Insel Manhattan.

Die Case-Western-Forscher sagten, dass sie, obwohl sie diese neue Erklärung gegenüber dem konventionellen Modell bevorzugen, sich darauf freuen, dass Mitglieder der wissenschaftlichen Gemeinschaft sich mit ihren eigenen Theorien abfinden.

"Wir haben darüber gesprochen, welche Ideen nicht plausibel sind, und wir haben eine potenziell plausible Idee vorgeschlagen", sagte Hauck. "Wenn es so passiert, ist es möglich, dass eine Signatur dieses Ereignisses durch seismische Studien nachweisbar ist. Das Studium des zentralen Teils des Planeten ist mit diesen Wellen am schwierigsten zu erreichen, also wird es Zeit brauchen."

Hoffentlich können wir uns in den nächsten Milliarden Jahren auf eine Antwort freuen.

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