Geologie : Eine Höllentour zum Erdkern? Dann lieber zum Mars!

Zu heiß, zu lebensfeindlich. Eine Reise ins Innerste unserer Erde gilt bisher als undenkbar. Nur die äußerste Schale haben Geologen bisher angebohrt.
Der stark aktive Vulkan Karangetang auf der indonesischen Insel Sitaro © AFP/Getty Images

Die Erde ist eine Scheibe. Zu diesem Schluss käme man, würde man das Wissen über unseren Planeten als Karte darstellen. Seine Oberfläche mit Gebirgen, Dschungeln, Wüsten und Gletschern ist in unzähligen Expeditionen erkundet worden. In die dritte Dimension ist dagegen kaum ein Mensch jemals vorgedrungen. Mit rund zwölf Kilometern Tiefe hat das tiefste Bohrloch der Welt auf der russischen Halbinsel Kola gerade ein Fünfhundertstel des Erdradius erschlossen.

Dank seismischer Wellen weiß man heute wenigstens, wie es ungefähr weitergeht auf dem Weg nach unten. Unser Planet besteht aus mehreren Schalen: Unter der dünnen Erdkruste folgt der weitgehend feste Erdmantel, darunter der äußere Erdkern, der flüssig ist. Ganz unten, im Zentrum, sitzt ein fester Kern.

Doch wie sollen Forscher herausfinden, wie es in den Stockwerken des Erdballs genau aussieht? Ein persönlicher Besuch, wie ihn Jules Verne in seinem Abenteuerroman ersann, ist jedenfalls ausgeschlossen. Mit jedem Kilometer nehmen Druck und Temperatur zu. Nicht einmal Hohlräume für Zwischenstopps gibt es auf dem Weg in die Tiefe – kein Erdschiff könnte diesen höllischen Bedingungen standhalten.

Eine zweite Erde im Labor muss herhalten

Zumindest in Gedanken können Geoforscher aber schon heute in die Tiefe reisen: Mithilfe beheizbarer Hochdruckapparate simulieren sie die Bedingungen. Einer dieser Tiefenpioniere ist Wilhelm Heinrich vom Deutschen Geoforschungszentrum (GFZ) in Potsdam. In seinem Labor stehen Geräte, mit denen er einzelne Minerale experimentell bis zum Erdkern schicken kann.

Ein blaues Ungetüm aus Metall ist der Fahrstuhl für die erste Strecke: eine drei Meter hohe Stempelpresse, die einen Druck von 2.000 Tonnen aufbauen kann. "Damit kommen wir bis weit in den oberen Erdmantel hinein", sagt Heinrich. Per Knopfdruck werden die Proben in die Erde versenkt. Ähnlich ergeht es in der Natur zum Beispiel einer ozeanischen Platte, die an einer Subduktionszone unter einen Kontinent abtaucht: vor Chile oder Japan oder Sumatra.

"Mit solchen Experimenten wollen wir herausfinden, wie sich die Gesteine dabei verändern", erläutert der Geochemiker. Seit Langem weiß man zum Beispiel, dass der Ozeanboden auf dem Weg nach unten jede Menge Wasser abgibt. Zunächst aus dem nassen Sediment des einstigen Meeresbodens, aber auch in Form von Kristallwasser. Das sind Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindungen, die unter extremem Druck und bei zu starker Hitze aus den Atomgittern der Minerale herausgejagt werden. Das Wasser steigt nach oben zur heißen Unterseite der Kontinentalplatte und heizt dort die Gesteinschmelze weiter an. Magma entsteht und steigt auf zu den Vulkanen. Dieses Prinzip herrscht unter den Vulkanen der Anden, am Fuji und an vielen anderen Orten der Erde.

Erdbebenforschung am Computermodell

So weit, so klar, sagt Heinrich. "Aber wie schnell wird das Wasser aus der versenkten Platte ausgetrieben?" Eine wichtige Frage, denn der Wassergehalt bestimmt maßgeblich, wie leicht sich Gesteine verformen lassen. Computermodelle, in denen tektonische Platten über die Erdoberfläche kriechen, untereinander abtauchen und sich ineinander verkeilen, brauchen solche Informationen für ihre Berechnungen. Nur so können Vulkanologen am Ende die Gefahren einschätzen, die an der Oberfläche für den Menschen bestehen.

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