Erdkern könnte deutlich kühler sein als bislang angenommen

Ungelöstes Paradoxon

Erdkern könnte deutlich kühler sein als bislang angenommen

Neue Messmethode, deren Ergebnisse vor ein paar Tagen für einiges Aufsehen sorgten, könnte ein jahrzehntealtes Rätsel um das Magnetfeld unseres Planeten lösen

Klaus Taschwer

Der vorwiegend aus geschmolzenem Eisen bestehende Erdkern gilt als einer der wichtigsten Motoren unseres Planeten. Die Bewegung des flüssigen Metalls erzeugt das Magnetfeld der Erde, das die Atmosphäre vor dem Sonnenwind schützt und damit eine entscheidende Voraussetzung für Leben an der Oberfläche schafft. Doch wie dieser geodynamische Motor über Milliarden Jahre hinweg funktionieren konnte, beschäftigt Fachleute aus der Geophysik seit Jahrzehnten.

Der Erdkern hat ungefähr die Größe des Mars und setzt sich aus einem flüssigen äußeren Kern und einem festen inneren Kern zusammen, der etwa mondgroß ist. Im flüssigen Eisen entstehen durch Konvektionsströmungen elektrische Ströme, die wiederum das Magnetfeld erzeugen. Heute wird dieser sogenannte Geodynamo vor allem dadurch angetrieben, dass der innere Kern langsam weiter auskristallisiert. Dabei werden Wärme und leichtere Elemente freigesetzt, die das flüssige Metall im äußeren Kern zusätzlich in Bewegung halten.

Warum lief der Geodynamo?

Allerdings gibt es ein Problem, das die Fachleute umtreibt und als "neues Kern-Paradoxon" bezeichnet wird: Viele Modelle gehen nämlich davon aus, dass sich der feste innere Kern erst vor etwas mehr als einer halben Milliarde Jahren zu bilden begann. Das Magnetfeld existiert jedoch nachweislich seit mindestens vier Milliarden Jahren. Was hielt den Geodynamo also während der davorliegenden dreieinhalb Milliarden Jahre am Laufen?

Um das Rätsel zu lösen, muss man wissen, wie heiß der Erdkern tatsächlich ist. Entscheidend ist dabei der Schmelzpunkt von Eisen unter den enormen Drücken im Erdinneren. Denn der innere Kern ist fest – seine Temperatur muss also unter dem Schmelzpunkt liegen. Bislang gingen die meisten Studien davon aus, dass an der Grenze zwischen innerem und äußerem Kern Temperaturen von mehr als 6000 Kelvin herrschen (also mehr als 5726,85 Grad Celsius; um Kelvin in Grad Celsius umzurechnen, sind 273,15 abzuziehen).

Neue Experimente mit Eisen

Eine neue Versuchsanordnung könnte nun zur Lösung dieses Rätsels beitragen. Ein Team um Michael Walter von der Carnegie Institution for Science präsentierte die Ergebnisse vor wenigen Tagen bei der Goldschmidt-Konferenz, einer der weltweit wichtigsten Tagungen der Geochemie – und sie sorgten prompt für einige Kontroversen, wie das Wissenschaftsmagazin Science berichtete.

Walter und seine Gruppe entwickelten über fünf Jahre hinweg eine neue Methode, um die Temperatur des Eisens im äußeren Erdkern präziser zu bestimmen. Wie bei früheren Experimenten wurden winzige Mengen Eisen zwischen die Spitzen zweier Diamanten gepresst. Dort entstehen Drücke von nahezu zwei Millionen Atmosphären – ähnlich wie im äußeren Erdkern.

Der entscheidende Unterschied der neuen Experimente liegt in der Art der Erwärmung: Statt das Eisen mit einem Laser zu erhitzen, schickten die Forschenden extrem kurze elektrische Pulse hindurch. Dadurch ließ sich die Temperatur wesentlich genauer kontrollieren. Gleichzeitig beobachteten sie einen charakteristischen Effekt beim Schmelzen: In dem Moment, in dem das Eisen flüssig wird, steigt seine Temperatur vorübergehend nicht weiter an, obwohl ihm zusätzliche Energie zugeführt wird.

Niedrigerer Schmelzpunkt

Das Ergebnis fiel deutlich niedriger aus als erwartet. Reines Eisen schmilzt den neuen Messungen zufolge unter den Bedingungen an der Grenze zum inneren Kern bereits bei etwa 4420 bis 5220 Kelvin. Berücksichtigt man außerdem, dass der Erdkern neben Eisen auch leichtere Elemente wie Schwefel, Sauerstoff oder Silizium enthält, sinkt die geschätzte Temperatur sogar auf rund 4300 Kelvin. Das wäre um mehr als 1000 Grad Celsius niedriger als viele bisherige Schätzungen.

Das würde nicht nur etablierte Vorstellungen über das Erdinnere auf den Kopf stellen, sondern könnte auch das Magnetfeld-Rätsel lösen. Denn als die Forschenden diese Werte in Modelle zur thermischen Entwicklung der Erde integrierten, zeigte sich: Selbst ohne einen festen inneren Kern hätte die langsame Abkühlung des Erdinneren über den Großteil der Erdgeschichte ausgereicht, um den Geodynamo anzutreiben. Erst vor etwas mehr als 500 Millionen Jahren wäre dann die Kristallisation des inneren Kerns hinzugekommen und hätte den Mechanismus zusätzlich verstärkt. Damit ließe sich das Kern-Paradoxon elegant auflösen.

Doch ob sich die neuen Messungen durchsetzen werden, ist offen. Jahrzehntelang haben zahlreiche Arbeitsgruppen versucht, die extremen Bedingungen im Erdinneren experimentell nachzubilden. Die meisten kamen dabei auf deutlich höhere Temperaturen. "Das ist wesentlich kühler als alle bisherigen Ergebnisse", räumt Studienleiter Walter selbst gegenüber Science ein. Er rechne deshalb mit erheblicher Skepsis.

Viele offene Fragen

Damit gerieten nämlich auch noch einige weitere Hypothesen über rätselhafte Strukturen tief im Erdinneren ins Wanken. Seismologen beobachten seit Jahren zwei riesige Regionen über dem Erdkern, in denen sich Erdbebenwellen ungewöhnlich langsam ausbreiten. Manche Forschende vermuten, dass diese "Blobs" teilweise aus geschmolzenem Gestein bestehen. Bei niedrigeren Temperaturen wäre dieses Szenario deutlich weniger wahrscheinlich.

Fachleute reagierten entsprechend vorsichtig auf die neuen Schätzungen. Der Mineralphysiker Dario Alfè vom University College London etwa, dessen Arbeiten zu den heute verbreiteten höheren Temperaturwerten beigetragen haben, hält eine sorgfältige Überprüfung der neuen Methode für unerlässlich. Sollten sich die Ergebnisse bestätigen, würde eine Debatte neu eröffnet, die viele Forschende längst für abgeschlossen hielten. Aber gerade das macht die neue Arbeit wissenschaftlich spannend: Sie stellt eine scheinbar etablierte Vorstellung infrage – und liefert zugleich eine mögliche Lösung für eines der hartnäckigsten Rätsel der Erdgeschichte. (red, tasch, 23.7.2026)

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