Seismische Echos enthüllen mysteriösen „Donut“ im Erdkern

Etwa 2.890 Kilometer unter unseren Füßen liegt eine gigantische Kugel aus flüssigem Metall: der Kern unseres Planeten. Geologen nutzen die von Erdbeben erzeugten seismischen Wellen als eine Art Ultraschall, um die Form und Struktur dieses Kerns zu „sehen“.

Mithilfe einer neuen Methode zur Untersuchung dieser Wellen haben Forscher der Australischen Nationaluniversität nun eine überraschende Entdeckung gemacht: Rings um den „Äquator im Erdkern“ gibt es einen großen, einige hundert Kilometer dicken „Donut“.

Im Donut langsamer unterwegs

Unsere Erde hat zwei Kernschichten: den inneren Kern, eine feste Schicht und den äußeren Kern, eine flüssige Schicht. Um den Erdkern herum befindet sich der ebenfalls mehrschichtige Erdmantel. Laut der beiden australischen Wissenschaftler Prof. Hrvoje Tkalčić und Xiaolong Ma ist die neu entdeckte, Donut-förmige Struktur Teil des flüssigen Kerns und liegt an der Grenze zum Erdmantel.

„Die Region liegt parallel zur Äquatorebene, ist auf die niedrigen Breitengrade beschränkt und hat die Form eines Donuts“, erklärt Tkalčić. „Wir kennen die exakte Dicke des Donuts nicht, aber wir vermuten, dass er einige hundert Kilometer erreicht.“

Schematischer Aufbau der Erde. Foto: Gemeinfrei

Dieser schmale Bereich parallel zum Äquator war Geologen bislang verborgen geblieben. Dabei birgt er eine besondere Eigenschaft und könnte einige Erkenntnisse über die Dynamik des Magnetfelds unseres Planeten liefern.

Sichtbar machten die Geologen den Bereich dank „Langzeituntersuchungen“. Normalerweise werden für den Ultraschallblick seismische Wellen untersucht, die innerhalb einer Stunde nach Erdbeben Signale erzeugen. Die australischen Forscher haben dagegen auch die Signaturen der nachhallenden Wellen – also ihr Echo – über viele Stunden hinweg untersucht.

„Durch das Verständnis der Wellenwege und der Art und Weise, wie sie den äußeren Kern durchqueren, konnten wir ihre Laufzeiten durch die Erde rekonstruieren und zeigen, dass die neu entdeckte Region eine niedrige seismische Geschwindigkeit aufweist“, sagte Professor Tkalčić. Anders gesagt, die Wellen wandern durch den Donut deutlich langsamer als durch andere Bereiche des Erdkerns.

Schematische Darstellung vom Erdmantel (hellgrün) und dem Erdkern (braun). Der hellbraune Bereich zeigt die Lage des Donuts an. Foto: Ma & Tkalčić (2024), CC BY-NC 4.0; deutsche Übersetzung: kms/Epoch Times

Einfluss auf das Magnetfeld

Da der äußere Kern überwiegend aus flüssigem Eisen und Nickel besteht, erzeugen die Bewegungen der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit das Erdmagnetfeld. Dieses schirmt den Planeten ab und schützt das irdische Leben vor schädlichen Sonnenwinden und Strahlungen. Laut den Forschern könnte der Donut daher einen Einfluss auf diesen Prozess haben und einige Geheimnisse der Dynamik hinter dem Magnetfeld aufdecken.

„Unsere Ergebnisse sind interessant, weil die niedrige Geschwindigkeit im flüssigen Kern darauf hindeutet, dass es in diesen Regionen eine hohe Konzentration leichter chemischer Elemente gibt. Diese leichten Elemente könnten die Ursache für langsamere seismische Wellen sein. Gleichzeitig tragen sie zusammen mit Temperaturunterschieden dazu bei, die Flüssigkeit im äußeren Kern zu bewegen“, erklärte Professor Tkalčić.

Mehr Wissen über die Zusammensetzung des äußeren Erdkerns, einschließlich der leichten chemischen Elemente, könne demzufolge von grundlegender Bedeutung sein, um das Magnetfeld zu verstehen und vorherzusagen, wann es möglicherweise schwächer werden könnte. Wie genau der Donut das Magnetfeld beeinflusst, müssen indes künftige Forschungen zeigen.

Die Studie erschien am 30. August 2024 im Fachblatt „Science Advances“.