Erde Geheimnis unter der Kruste

Über das Zentrum unseres Planeten war bisher wenig bekannt. Jetzt belegen Erdbebendaten: In ihrem Innersten ist die Erdkugel offenbar wirklich fest

Als in Mosambik die Erde zitterte, war es eine Katastrophe. Auf der Richterskala erreichte das Beben im Februar 2006 die Stärke 7,5, große Verwüstungen waren die Folge, zwei Menschen starben. Die Wissenschaft hingegen profitiert im Nachhinein: Ein Netz hoch sensibler Detektoren in Japan zeichnete das auf, was von den Bebenwellen noch übrig blieb, nachdem sie einmal den Globus durchdrungen hatten. Geoforscher kommen anhand dieser Daten, die sie jetzt im Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlichen, einem der großen Geheimnisse des Planeten auf die Spur: wie es in seinem Innersten aussieht.

Einfach eine Forschungssonde dort hinschicken kann man nicht: Auf dem Weg zum Erdmittelpunkt knapp 6400 Kilometer unter der Oberfläche würde sie in immenser Hitze verglühen und durch gigantischen Druck zerquetscht. Ein solcher Wühler müsste zunächst den 3000 Kilometer dicken, steinernen Erdmantel durchdringen. Dann stieße er auf eine gut 2000 Kilometer mächtige Schale aus glutheißem flüssigen Eisen, dem äußersten Erdkern. Erst dann folgt der innere Kern. Er ist noch heißer – mit 6700 Grad sogar heißer als die Oberfläche der Sonne –, doch die Wucht der gesamten Erdmasse presst ihn zu einer festen Eisenkugel zusammen.

So ist zumindest die einhellige Lehrmeinung. Das Problem damit: Der letzte Beweis, dass das Zentrum wirklich hart ist, steht noch aus. Nur indirekt lässt er sich erbringen, über die Analyse von Erdbebenwellen. Denn während sie vom Epizentrum in Richtung Mitte des Planeten vordringen, ändern sie an der Grenze zwischen flüssigem und festem Eisenkern ihre Beschaffenheit. Am anderen Ende der Erdkugel, wo die Wellen schließlich ankommen, ergibt sich dadurch ein charakteristisches Muster auf den Messzeichnern der Seismologen. Es ist quasi der seismologische Fingerabdruck eines festen Kerns.

Auf der jahrzehntelangen Jagd der Forscher nach diesem Signal haben der Seismologe James Wookey von der Universität im britischen Bristol und die Koautoren der Nature -Veröffentlichung nun einen wichtigen Treffer gelandet: Klar und deutlich sahen sie die ersehnte Signatur in den Daten des japanischen Sensornetzwerkes "Hi-Net". Für gewöhnlich sind solche Signale extrem schwer messbar, weil sie nach dem Tausende Kilometer langen Weg durch den Erdbauch nur noch einen Bruchteil ihrer Energie besitzen.

Wirrwarr im Erdinneren: Um zu erfahren, ob der innere Erdkern fest ist, mussten die Forscher den blauen Wellenweg (durch den inneren Erdkern) aus ihren Messdaten herausfiltern. Das Sensornetz in Japan spürte auch all die Bebebwellen, die über andere Wege durch den Erdball liefen.

Dann aber sind sie leicht zu verwechseln mit allerlei alltäglichem Gerumpel von der Oberfläche: Züge, die über Schienen donnern, schwere Brecher an der Küste und der Wind, der beständig an den Bäumen zerrt und so ohne Unterbrechung am Erdreich wackelt. Wookeys Sichtung sei dadurch aber zum Glück nicht beeinträchtigt, sagt Joachim Ritter, Geophysiker an der Technischen Hochschule Karlsruhe, "die Ergebnisse sind aussagekräftig". Denn die über 700 Sensoren des japanischen Messnetzes seien alle tief in der Erde vergraben und spürten die oberflächliche Störungen kaum.

Wegen der hohen Qualität der Aufzeichnungen bemängelt Ritter auch nicht, dass die Nature -Autoren nur ein einziges Beben präsentieren, das auf einen harten Kern schließen lässt. Eine solch dünne Datenbasis ist in der Geoforschung nicht ungewöhnlich. Ob der innere Kern nun wirklich fest ist, sei für ihn allerdings gar nicht die spannende Frage, sagt der Geophysiker. "Darüber gibt es eigentlich keine Diskussion mehr." Viel wichtiger sei, wie dieser feste Nukleus aussehe: "Da tappen wir wirklich noch im Dunkeln."

So glauben die Forscher, dass sich die Eisenkugel im Zentrum schneller dreht als der Rest der Erde. Ihnen ist aber unklar, warum. Vermutlich hat es damit zu tun, dass das Metall nicht überall gleich beschaffen ist. "Der innere Kern ist eine Welt für sich", sagt Kenneth Creager, Geowissenschaftler von der University of Washington im amerikanischen Seattle. Möglicherweise sei die mikroskopische Kristallstruktur, in der sich das harte Eisen anordne, nicht überall gleich. "Wir vermuten zum Beispiel, dass sich westliche und östliche Halbkugel unterscheiden", sagt Creager.

Interessant findet er an Wookeys Messdaten darum vor allem, dass die Bebenwellen aus Mosambik darin gleich zweimal auftauchen: Das erste Signal traf nach einer globalen Reise von 29 und einer halben Minute in Japan ein. Doch nur sieben Sekunden später folgte ein zweites, das offenbar auch durch den inneren Kern gelaufen sein musste. Die Erklärung: Weil dieser Teil der Welle durch ein anders beschaffenes Stück der Metallkugel drang, war er langsamer.

Wie sich das eiserne Zentrum unserer Welt zusammensetzt, ist für den Planeten keineswegs egal. Indem der harte Kern immer weiter wächst, erhitzt er die äußere Kernschale aus flüssigem Eisen. Diese Energie ist letztlich dafür verantwortlich, dass das Metall turbulent umherströmt und schließlich das Erdmagnetfeld hervorruft. Um diesen sogenannten "Dynamo" zu begreifen, wüssten die Forscher gerne mehr darüber, wie der harte Kern aufgebaut ist.

Joachim Ritter aus Karlsruhe hofft nun, dass die einzelne Messung von Wookey durch viele Beobachtungen von anderen Stellen des Globus ergänzt wird. Leider muss der Boden dafür an einigen Orten erst noch gefährlich wackeln. Aber erst dadurch wird aus dem Bild des Erdkerns eine runde Sache.