Eine Reise zum Erdmittelpunkt, zu einem Ort weiter als das Universum

Bildnachweis: Tohoku University

"Die Oberflächentemperatur der Sonne beträgt etwa 5778 Kelvin"

Vergessen Sie die Spekulationen vom Rand des Universums. Haben Sie sich jemals gefragt, was im Zentrum des Planeten liegt, den Sie Ihr ganzes Leben lang verbracht haben? Wenn Sie jemand wie Scott Kelly sind, der denkt: "Nun, ich habe technisch gesehen nicht meine ganze Zeit hier verbracht", dann ist hier eine kurze Frage: Was ist schwieriger? In den Weltraum gehen oder den Erdmittelpunkt erreichen? Wie viel wissen wir tatsächlich über den Ort, den wir als Zuhause bezeichnen, das einzige bekannte Observatorium unseres Universums?

Filmplakat: Reise zum Erdmittelpunkt

Die Überlieferungen und Mythen des Erdmittelpunkts sind seit jeher Gegenstand von Diskussionen in Fiktion, Wissenschaft und darüber hinaus. Gehen wir zurück auf 1692 n. Chr. Es dauerte nur 10 Jahre, bis ein mysteriöser, nicht identifizierter Komet über den Nachthimmel blitzte. Der Astronom Edmond Halley hat die mit diesem Kometen verbundenen Muster noch nicht identifiziert. Viel zuvor schlug er vor, dass "die Erde hohl ist!" Tatsächlich gab es im Laufe der Jahre viele, die an eine hohle Erde glaubten, ähnlich wie flache Erdbewohner. Ein solches Konzept wurde in der Science-Fiction untersucht, wie der Roman von 1864 von Jules Verne, von dessen Titel Sie wahrscheinlich gehört haben. (Haben Sie deswegen nicht darauf geklickt?) Überraschenderweise gibt es sogar eine Website, die dieser Behauptung gewidmet ist: https://www.ourhollowearth.com/

Heute wissen wir sicher, dass die Erde nicht hohl ist. Da ist etwas drinnen, ein Ort, den noch kein Mensch erreicht hat. Lassen Sie uns tief graben, um herauszufinden, was es ist.

Technisch gesehen werden wir nicht das tun, was Elon Musk getan hat, aber lassen Sie uns tief in die Informationen eintauchen, die wir bisher haben. Lassen Sie mich Ihnen stattdessen eine „interessante Firma“ geben, wenn Sie dies lesen, im Stau stecken oder auf etwas oder jemanden warten.

In die Tiefe

Ort des Herausforderers tief

Beginnen wir unsere Reise am tiefsten Punkt der Erdoberfläche, dem Marianengraben im Pazifik. Es ist erstaunlich, dass die Menschheit selbst in diesem Graben den tiefsten Punkt erreicht hat, den sogenannten "Challenger Deep", der sich in einer Tiefe von etwa 10900 Metern unter der Oberfläche befindet. Mit einem Druck, der etwa 1100-mal höher ist als der auf Meereshöhe, an einem dunklen Ort, an den selbst Sonnenlicht nicht gelangen kann, haben Wissenschaftler überraschenderweise das Leben am Boden der Ozeane identifiziert.

Aber ich muss meinen früheren Satz umformulieren. Der 'Challenger Deep' ist nicht der tiefste Punkt der Erde, wie viele vielleicht geglaubt haben.

Dies bringt uns zu einem Loch, das von Menschen in Russland gebohrt wurde und das noch tiefer geht. Noch nie davon gehört? Es trägt den Namen "Kola Super Deep Borehole". Die Menschen haben es buchstäblich über einen Zeitraum von 19 Jahren bis in die Tiefe von 12262 Metern ausgegraben, was es bis heute zum tiefsten Punkt der Erde macht. Sie konnten nicht weiter graben, nur weil die Bedingungen einfach zu hart waren und die Temperatur am Boden etwa 180 Grad Celsius erreichte! Das ist super heiß. Eines ist sicher, wenn wir tiefer gehen, steigt die Temperatur.

Auf dem Bild links sehen Sie einen kleinen versiegelten Kreis. Würden Sie mir glauben, wenn ich sagen würde, dass es sich in einem mehr als 12 Kilometer langen Loch in der Erde öffnet? Was Sie sehen, ist tatsächlich das Kola Super Deep Borehole, das im August 2012 abgeriegelt wurde. Wenn Sie darüber nachdenken, wie tief das ist, sind es nur etwa 0,192% der Entfernung zum Zentrum! Das ist das Maximum, das er, der den Mond erobert hat, hier auf der Erde erreichen kann. Alles unterhalb dieser Ebene wird nur durch verschiedene Theorien und Hypothesen erklärt, die auf wissenschaftlichen Daten beruhen, die uns zur Verfügung stehen.

Den unterirdischen Ozean erreichen

Wenn wir weiter gegraben hätten, wären wir technisch in einem riesigen unterirdischen Ozean gelandet, der bis zu dreimal mehr Wasser hat als das gesamte Wasser aller Ozeane an der Oberfläche zusammen! Vertrauen Sie mir, dies ist keinem Science-Fiction-Roman entnommen.

Woher wissen wir das? Bevor ich die Antwort enthülle, eine Frage. Woher kommt wohl das ganze Wasser auf unserem Planeten?

Die von der Northwestern University und der University of Mexico durchgeführten Untersuchungen zeigen starke Hinweise auf eine unterirdische Wasserquelle mit einer Tiefe von bis zu 660 km. Diese schöne Infografik von Cath Levett illustriert dasselbe.

Die Existenz von Ringwoodite ist der Schlüssel zu diesem Rätsel. Dieses Material bildet sich nur unter hohem Druck und rauen Bedingungen tief darunter und raten Sie mal, es enthält Wasser als Hydroxylionen!

Wir sind 660 km unter dem Meeresspiegel und haben noch 5711 km zu fahren. In der Schule hätten wir gelernt, dass die Erde eine Kruste, einen Mantel und einen Kern hat. aber das ist noch nicht alles. Wenn Sie es noch nicht bemerkt haben, sind wir bereits tief im Mantel, nachdem wir die Mohorovičić-Diskontinuität überschritten haben. (Abgekürzt als Moho (zumindest kann ich das Wort jetzt buchstabieren), markiert dies den Übergang von der Kruste zum Mantel und existiert in einer Tiefe von etwa 7 bis 35 km.)

Mantel: Ein Ort, der 84% des Erdvolumens ausmacht

Der Mantel ist in 4 verschiedene Schichten unterteilt.

  1. Oberer Mantel, der die Lithosphäre und die Asthenosphäre umfasst
  2. Die Übergangszone (die 660 km-Marke, an der die unterirdischen Wasserreserven voraussichtlich vorhanden sein werden)
  3. Unterer Mantel (bis zu 2891 km Tiefe)
  4. Die mysteriöse Kern-Mantel-Grenze

Gegen Ende des unteren Mantels stoßen wir auf etwas ziemlich Beunruhigendes. Bevor wir fortfahren, einige Dinge zu erzählen:

Sie haben vielleicht schon einmal von einem Xenomorph gehört, sind aber jemals auf einen Xenolith gestoßen? In einfachen Worten, es ist eine andere Art von Gestein in einem anderen Gestein. Diese speziellen Felsen geben uns Einblick in die Struktur des Mantels. Diese zugänglichen Xenolithe, die in Gesteinen gefunden werden, stammen mehr als oft aus der Tiefe der Erde und haben es an die Oberfläche geschafft. Durch die Analyse ihrer Zusammensetzung können wir die Bedingungen verstehen, die tief unten existieren.

Einige seismische Analysen

Am unteren Ende des unteren Mantels erreichen wir die Kern-Mantel-Grenze (2981 km). Das Besondere daran ist, dass es als Grenze zwischen dem festen Mantel und einem flüssigen äußeren Kern fungiert. Ich wiederhole, der äußere Kern ist flüssig!

Beim Eintauchen in den flüssigen metallischen Außenkern erreichen wir bei etwa 2100 km einen Punkt, der als Gutenberg-Diskontinuität bezeichnet wird. Es ist Zeit, den Wissenschaftler-Modus einzuschalten! Um die Bedeutung davon zu verstehen, müssen wir zuerst die seismischen Wellen kennen, die Körperwellen, um genau zu sein.

Seismische Wellen sind nur Wellen der "Energie" und können grob in Oberflächenwellen (diejenigen, die sich auf der Erdoberfläche ausbreiten) und Körperwellen (diejenigen, die sich durch die Erdoberfläche bewegen) unterteilt werden.

Körperwellen werden weiter in Primärwellen (oder P-Wellen) und Sekundärwellen (oder S-Wellen) klassifiziert. Ein Seismometer ist ein besonders empfindliches Instrument, das diese seismischen Wellen erfassen und aufzeichnen kann. Mit diesen Instrumenten können verschiedene Dinge analysiert werden. Wellen entstehen durch Vibrationen, Rucke oder Störungen innerhalb der Erdoberfläche. Wir wissen jetzt, dass P-Wellen longitudinaler Natur sind, was bedeutet, dass die Ausbreitung der Welle in die gleiche Richtung verläuft wie die Verschiebung (oder Vibration) des Mediums, durch das sie sich bewegt. Es wurde festgestellt, dass S-Wellen quer verlaufen, was bedeutet, dass die Ausbreitung der Welle senkrecht zur Verschiebungsrichtung des Mediums ist. Transversale Wellen können sich daher nur durch ein starres Medium ausbreiten, das die senkrechten Verschiebungen zurückhalten kann.

LongitudinalwellenTransversale Wellen (Mit freundlicher Genehmigung von acs.psu.edu)

Also die Schlussfolgerung zu dieser ganzen Analyse? Transversale Wellen (auch S-Wellen genannt) können sich nicht durch Flüssigkeiten bewegen. Aber warte, habe ich gerade erwähnt, dass unser äußerer Kern von Natur aus flüssig ist? Die Wissenschaftler haben dieses Argument sofort verstanden und durch einfache Analyse der seismischen Wellen die Bedeutung der Gutenberg-Diskontinuität herausgefunden. Es markiert im Wesentlichen die Grenze, an der die S-Wellen vollständig verschwinden (da sie sich nicht darüber hinaus bewegen können), was auf die flüssige Schmelze des äußeren Kerns hinweist, und zeigt uns auch, dass die Geschwindigkeit der P-Wellen abnimmt. Auf diese Weise konnten wir die innere Struktur der Erde in so großen Tiefen abbilden.

Die letzte Grenze erreichen: Der innere Kern

Wenn wir weiter in den äußeren Kern vordringen, erreichen wir einen Ort namens Bullen-Diskontinuität, an dem wir erneut auf eine bemerkenswerte Unterscheidung stoßen, den festen inneren Kern. Ja! Im Zentrum der Erde liegt ein fester metallischer Innenkern mit einem Durchmesser von etwa 1220 km. In dieser Tiefe ist der Druck so groß, dass das im Kern vorhandene Eisen und Nickel trotz der hohen Temperatur in festem Zustand vorliegen kann. Wie hoch ist die Temperatur an dieser Stelle übrigens?

Es ist - warte darauf - satte 5700 Kelvin! Die allererste Zeile dieses Artikels, die Sie vielleicht für zufällig gehalten haben, macht jetzt Sinn (scrollen Sie nach oben und prüfen Sie, ob Sie sie verpasst haben!). Tief unter deinen Füßen liegt eine heiße, wilde Metallkugel, die mit der der Sonne konkurriert! Wie schrecklich ist das! Diese Beobachtungen helfen uns auch, den Prozess zu verstehen, durch den Planeten gebildet werden.

Aber warte, unsere Reise ist noch nicht vorbei. Wir haben jetzt eine gute Vorstellung von allem, was bis zum Erdmittelpunkt existiert, aber etwas stimmt nicht. Keine Diskussion über den Kern ist vollständig, ohne das Erdmagnetfeld zu erwähnen. Bevor wir das tun, sind hier einige Fragen zum Nachdenken.

Die Frage, was eine sehr triviale Beobachtung zu sein scheint, kann manchmal zu revolutionären Entdeckungen führen.

Haben Sie sich jemals gefragt, warum sich die Erde um ihre Achse dreht? Warum drehen sich Planeten? Eine interessantere Frage wäre, warum sich alle Planeten in Bezug auf ihre Achse von West nach Ost drehen, Venus und Uranus sich jedoch von Ost nach West drehen.

Habe ich in Bezug auf Rotation erwähnt, dass sich unser innerer Kern tatsächlich auch in Ost-West-Richtung dreht, auch mit einer Geschwindigkeit, die schneller ist als die Erdrotation? Auch der äußere Flüssigkeitskern dreht sich in die entgegengesetzte Richtung (von West nach Ost). Nehmen Sie sich einen Moment Zeit, um sich diese Rotationen vorzustellen und wie komplex das gesamte System ist. Diese Rotationen werden dem Magnetfeld der Erde zugeschrieben.

Woher kommt dieses Magnetfeld? Unsere beste Theorie stammt aus dem Kern, aber hier gibt es ein Missverständnis. Eine extreme Erwärmung eines Materials kann einige interessante Auswirkungen haben. Es ist an der Zeit, den sogenannten Curie-Punkt einzuführen, bei dem es sich im Wesentlichen um die maximale Temperatur handelt, bis zu der ein bestimmtes Material seine permanentmagnetischen Eigenschaften beibehalten kann. Oberhalb des Curie-Punktes würde das Material seinen gesamten Magnetismus verlieren. Der Curie-Punkt von Eisen liegt bei etwa 1043 Kelvin. Ist die Temperatur im Kern nicht viel viel höher?

Offensichtlich ist der feste innere Eisenkern nicht der Grund für das Magnetfeld. Der Ursprung des Magnetfeldes wird anhand einer komplizierteren Dynamo-Theorie erklärt. Was buchstäblich passiert, ist die Konvektion, gefolgt vom Ampere-Gesetz im äußeren Flüssigkeitskern. Wenn Sie die Physik der High School vergessen haben, hier eine kurze Zusammenfassung: Eine Stromschleife kann ein Magnetfeld erzeugen und ein sich änderndes Magnetfeld kann im Gegenzug einen elektrischen Strom erzeugen. Diese Felder üben eine Lorentzkraft auf die geladenen Teilchen aus. Lassen Sie mich diesen technischen Jibber-Jabber beenden und gleich zur Sache kommen.

Eine Computersimulation des Erdmagnetfeldes (Schauen Sie sich nur an, wie kompliziert es ist)

Wenn Sie denken, dass wir alles gut verstanden haben, liegen Sie absolut falsch. Ich habe gerade die Oberfläche der Spitze eines Eisbergs gekratzt. Wir wissen buchstäblich nichts als so zu tun, als ob wir es tun! Ich werde Sie jetzt nur mit einigen interessanten Fragen bombardieren. Wussten Sie, dass unser Magnetfeld alle paar hunderttausend Jahre seine Richtung umkehrt? Der Mars hat nicht einmal ein Magnetfeld (soweit wir wissen). Wie wär es damit? Kennen Sie die T-Tauri-Phase der Sonne, die die Erzeugung des Erdmagnetfelds stark beeinflusst haben könnte? Es gibt zu viel zu besprechen und wenn ich weitermache, wird dieser Artikel buchstäblich zu einem Lehrbuch!

Ein paar Absätze zuvor, als ich erwähnte, dass unsere Reise noch nicht vorbei ist, bezog ich mich tatsächlich auf etwas anderes, etwas Seltsameres.

Betreten wir den inneren inneren Kern:

Eine relativ neue Forschung zeigt, dass der innere Kern selbst eine andere Schicht hat, die als innerer innerer Kern bezeichnet wird! Es sieht so aus, als hätten die Wissenschaftler es satt, endlich alle diese Schichten zu benennen.

KERNINZEPTION: Das Eisen im innersten Teil des inneren Erdkerns (rot) ist in einem völlig anderen Winkel (blaue Linien) ausgerichtet als der Rest des inneren Kerns (orange). Neue Forschungsergebnisse legen nahe, dass sich der innerste innere Kern tatsächlich Milliarden von Jahren früher als bisher angenommen kurz nach der Entstehung des Planeten gebildet hat. (PHOTO COURTESY: LACHINA PUBLISHING SERVICES)

Die überraschende Tatsache in dieser Region ist, dass sich die Eisenkristalle hier in der Ost-West-Achse befinden, im Gegensatz zu den anderen Teilen, in denen sie in der Nord-Süd-Achse ausgerichtet sind, und wir wissen einfach nicht warum.

Vielleicht können wir endlich schließen, dass wir praktisch den wahren Mittelpunkt der Erde erreicht haben.

Eine Sache, bei der wir sicher sein können, ist, dass im Zentrum der älteste Punkt unseres Planeten liegt, ein Ort, der das Herz eines lebenden Planeten symbolisiert. Vielleicht werden wir es nie erreichen. Es könnte sogar besser sein, wenn wir es nicht versuchen. Etwas zu erkunden, ohne eine klare Vorstellung von den Folgen zu haben, ist ein Risiko. Aber werden wir unsere Verfolgung einstellen, bevor es zu spät ist?

Vielleicht. Vielleicht nicht.

Hier sind einige Links, um Ihre Erkundung weiter voranzutreiben.

  1. Die Dynamo-Theorie: Ursprünge des Magnetfelds eines Planeten
  2. Warum drehen sich Venus und Uranus in die falsche Richtung?
  3. Wo ist das Magnetfeld des Mars?
  4. Was ist ein T-Tauri-Stern?
  5. Ein interessanter Artikel zur geomagnetischen Umkehrung

Wissenswertes hinter dem Titel des Artikels: Für diejenigen, die es noch nicht realisiert haben, ist der Titel eine Ableitung aus einer Kombination eines berühmten Romans von Jules Verne (Eine Reise zum Erdmittelpunkt) und einer weniger bekannten japanischen Serie von Name „Ein Ort weiter als das Universum“, der die Geschichte einer Gruppe junger Menschen erzählt, die eine Expedition in die Antarktis unternehmen. Man mag sich fragen, wie irreführend der Titel sein könnte, aber aus meiner Sicht bedeutet dies insgesamt die Tatsache, dass wir vielleicht eines Tages die Sterne und darüber hinaus erforschen werden, aber ironischerweise niemals den Mittelpunkt der Erde erreichen werden. Es ist in der Tat wie ein Ort weiter als das Universum selbst. Wenn wir es erreichen, ist es wahrscheinlich das Ende der Menschheit.