Wie lange noch, bis dem Erdkern der Brennstoff ausgeht?

Wissenschaftler arbeiten hart daran, herauszufinden, wie lange der Erdkern noch hält.

Erdkern, Mantel, Schichten
Geht dem Erdkern die Puste aus?

An der Erdkruste bleiben die Temperaturen das ganze Jahr über relativ stabil. Unter der Kruste, unter unseren Füßen, befindet sich jedoch ein unglaublich heißer Ort – der Erdkern!

Der Erdkern treibt die Plattentektonik an und schützt uns vor der Sonneneinstrahlung. Er ist nicht nur interessant, sondern zum Teil auch lebenswichtig für die Erde. Aber wie lange kann der Erdkern heiß bleiben?

Lesen Sie weiter, um es herauszufinden.

Wie heiß ist das Zentrum der Erde?

Wie heiß ist der Kern der Erde?

Erdkern Temperatur
Wie heiß ist unser Erdkern?

Experten gehen davon aus, dass im Erdkern höhere Temperaturen herrschen als auf der Oberfläche der Sonne – über 18.032 Grad Fahrenheit (10.000 Grad Celsius).

Wie ist es überhaupt so heiß geworden?

Eine Theorie besagt, dass unser Sonnensystem vor etwa 4,5 Milliarden Jahren aus einer Wolke kalter Staubteilchen bestand. Diese Gas- und Staubwolke wurde irgendwie gestört und begann zu kollabieren, da die Schwerkraft alles zusammenzog und eine riesige rotierende Scheibe bildete.

Das Zentrum der Scheibe akkretierte und wurde zur Sonne, und die Teilchen in den äußeren Ringen verwandelten sich in große feurige Kugeln aus Gas und geschmolzener Flüssigkeit, die abkühlten und kondensierten, um eine feste Form anzunehmen.

Gleichzeitig stand die Oberfläche des neu entstandenen Planeten unter ständigem Bombardement von großen Körpern, die auf den Planeten einschlugen und in seinem Inneren immense Hitze erzeugten, die den dort befindlichen kosmischen Staub zum Schmelzen brachte.

Als die Erde entstand, war sie eine gleichmäßige Kugel aus heißem Gestein. Radioaktiver Zerfall und die Restwärme der Planetenentstehung ließen diese Kugel noch heißer werden. Schließlich, nach etwa 500 Millionen Jahren, erreichte die Temperatur der Erde den Schmelzpunkt von Eisen – etwa 1.538° Celsius (2.800° Fahrenheit).

Dadurch konnte sich das geschmolzene, felsige Material der Erde noch schneller bewegen. Relativ schwimmfähiges Material, wie Silikate, Wasser und sogar Luft, blieb in der Nähe der Außenseite des Planeten und bildete den frühen Mantel und die Kruste. Tröpfchen von Eisen, Nickel und anderen Schwermetallen zogen zum Zentrum der Erde und bildeten den frühen Kern. Dieser Prozess wird als planetarische Differenzierung bezeichnet.

Im Gegensatz zur mineralreichen Kruste und dem Mantel besteht der Kern vermutlich fast vollständig aus Metall – konkret aus Eisen und Nickel. Während man annimmt, dass der innere Kern eine feste Kugel mit einem Radius von etwa 1.220 km (760 Meilen) und einer Oberflächentemperatur von 5.700 K (5.430 °C; 9.800 °F) ist, geht man davon aus, dass der äußere Kern eine flüssige Schicht mit einer Dicke von etwa 2.400 km (1.500 Meilen) ist und Temperaturen von 3.000 K (2.730 °C; 4.940 °F) bis 8.000 K (7.730 °C; 13.940 °F) erreicht.

Man nimmt an, dass der Kern durch den Zerfall radioaktiver Elemente, durch Restwärme aus der Planetenbildung und durch die Wärme, die bei der Verfestigung des flüssigen äußeren Kerns an seiner Grenze zum inneren Kern freigesetzt wird, so heiß ist.

Der Kern ist also unglaublich heiß, aber wie lange kann er noch heiß bleiben?

Wissenschaftler an der University of Maryland behaupten, die Frage innerhalb der nächsten vier Jahre beantworten zu können.

Um die tektonischen Plattenbewegungen der Erde anzutreiben und ihr Magnetfeld mit Energie zu versorgen, wird eine immense Menge an Energie benötigt. Die Energie wird aus dem Zentrum der Erde gewonnen, aber Wissenschaftler sind sich sicher, dass der Kern sehr, sehr langsam abkühlt.

Was macht das Zentrum der Erde heiß?

Zentrum der Erde
Warum ist unser Erdkern derart heiß?

Das Zentrum der Erde wird von zwei „Treibstoffquellen“ heiß gehalten: Primärenergie, die bei der Entstehung des Planeten übrig geblieben ist, und Kernenergie, die durch natürlichen radioaktiven Zerfall entsteht.

Die Entstehung der Erde fiel in eine Zeit, in der das Sonnensystem vor Energie strotzte. In den Kinderschuhen bombardierten Meteoriten ständig den sich bildenden Planeten und verursachten übermäßige Reibungskräfte. Zu dieser Zeit war die Erde voll von vulkanischer Aktivität.

Wie lange wird der Erdkern noch halten?

Seit den Anfängen hat sich der Planet deutlich abgekühlt. Es bleibt jedoch eine Restwärme aus der Erdentstehung übrig. Obwohl sich die Urwärme weitgehend verflüchtigt hat, erwärmt eine andere Form von Wärme weiterhin den Mantel und die Kruste der Erde.

Natürlich radioaktive Stoffe kommen in großen Mengen tief in der Erde vor, einige befinden sich in der Nähe der Erdkruste. Während des natürlichen Zerfallsprozesses des radioaktiven Materials wird Wärme freigesetzt.

Wissenschaftler wissen, dass Wärme aus dem Erdinneren mit einer Rate von etwa 44 × 1012 W (TW) in den Weltraum fließt. Was sie jedoch nicht wissen, ist, wie viel von dieser Wärme aus der Urzeit stammt.

Seismische Echos
Seismische Echos zeigen Strukturen im Erdmantel auf

Das Problem ist, dass wenn die Wärme der Erde überwiegend aus der Urzeit stammt, dann wird sie deutlich schneller abkühlen. Wenn die Wärme jedoch größtenteils durch radioaktiven Zerfall entsteht, dann wird die Wärme der Erde wahrscheinlich viel länger anhalten.

Das hört sich zwar ziemlich alarmierend an, aber einige Schätzungen für die Abkühlung des Erdkerns gehen davon aus, dass sie mehrere zehn Milliarden Jahre oder sogar 91 Milliarden Jahre dauern wird. Das ist eine sehr lange Zeit, und in der Tat wird die Sonne wahrscheinlich lange vor dem Kern ausbrennen – in etwa 5 Milliarden Jahren.

Warum ist die Kerntemperatur der Erde wichtig?

Der Erdkern hält die Temperatur stabil, aber noch wichtiger ist, dass er das Magnetfeld der Erde in Position hält. Das Magnetfeld der Erde wird durch die Bewegung des äußeren Kerns aus geschmolzenem Metall erzeugt.

Dieses massive Magnetfeld erstreckt sich bis in den Weltraum und hält geladene Teilchen fest, die meist von den Sonnenwinden gesammelt werden.

Die Felder schaffen eine undurchdringliche Barriere im Weltraum, die verhindert, dass die schnellsten und energiereichsten Elektronen die Erde erreichen. Die Felder sind als Van-Allen-Gürtel bekannt, und sie ermöglichen das Leben auf der Erdoberfläche. Ohne den Schutz des Magnetfelds würde der Sonnenwind die Ozonschicht in der Erdatmosphäre abtragen, die das Leben vor schädlicher ultravioletter Strahlung schützt.

Die Ansammlung geladener Teilchen lenkt den Sonnenwind ab und fängt ihn ein, so dass er die Erde nicht aus ihrer Atmosphäre reißen kann. Ohne ihn wäre unser Planet unfruchtbar und leblos. Es wird angenommen, dass der Mars einst einen Van-Allen-Gürtel besaß, der auch ihn vor dem tödlichen Sonnenwind schützte. Als der Kern jedoch abkühlte, verlor er seinen Schutzschild und ist nun eine trostlose Einöde.

Wie lange wird der Treibstoff der Erde reichen?

Magnetfeld der Erde
Das Magnetfeld der Erde schützt uns

Derzeit können viele wissenschaftliche Modelle abschätzen, wie viel Treibstoff noch übrig ist, um die Motoren der Erde anzutreiben. Die Ergebnisse weichen jedoch stark voneinander ab, so dass eine endgültige Schlussfolgerung schwierig zu ziehen ist. Im Moment ist nicht bekannt, wie viel primordiale und radioaktive Energie noch vorhanden ist.

„Ich gehöre zu den Wissenschaftlern, die ein Zusammensetzungsmodell der Erde erstellt und die Menge an Treibstoff im Inneren der Erde vorausgesagt haben“, sagte einer der Autoren der Studie William McDonough, Professor für Geologie an der University of Maryland.

„Wir befinden uns in einem Feld von Vermutungen. An diesem Punkt meiner Karriere ist es mir egal, ob ich richtig oder falsch liege, ich will nur die Antwort wissen.“ Die Forscher glauben jedoch, dass mit modernen technologischen Fortschritten eine genauere Vorhersage gemacht werden kann.

Um zu bestimmen, wie viel Kernbrennstoff in der Erde verbleibt, verwenden die Forscher fortschrittliche Sensoren, um einige der kleinsten subatomaren Teilchen zu erkennen, die der Wissenschaft bekannt sind – Geoneutrinos . Geoneutrino-Teilchen sind die Nebenprodukte von Kernreaktionen, die in Sternen, Supernovae, Schwarzen Löchern und von Menschen gebauten Kernreaktoren stattfinden.

Erkennen, wie viel Kraftstoff noch vorhanden ist

Das Aufspüren von Antineutrinoteilchen ist eine immens schwierige Aufgabe. Massive Detektoren von der Größe eines kleinen Bürogebäudes sind über 0,6 Meilen (ein Kilometer) tief in der Erdkruste vergraben. Diese Tiefe mag wie ein Overkill erscheinen, ist aber notwendig, um einen Schutzschild vor kosmischer Strahlung zu schaffen, die zu falsch positiven Ergebnissen führen kann.

Im Betrieb kann der Detektor Antineutrinos nachweisen, wenn sie mit Wasserstoffatomen im Inneren der Apparatur kollidieren. Nach der Kollision können zwei helle Blitze detektiert werden, die das Ereignis unmissverständlich ankündigen.

Indem sie die Anzahl der Kollisionen zählen, können Wissenschaftler die Anzahl der Uran- und Thoriumatome bestimmen, die im Inneren unseres Planeten verbleiben.

Leider erkennen die Detektoren KamLAND in Japan und Borexino in Italien nur etwa 16 Ereignisse pro Jahr, was den Prozess mühsam langsam macht. Mit drei neuen Detektoren, die 2020 in Betrieb gehen sollen – dem SNO+ Detektor in Kanada sowie den Jinping- und JUNO-Detektoren in China – erwarten die Forscher jedoch mehr als 500 entdeckte Ereignisse pro Jahr.

„Wenn wir erst einmal drei Jahre lang Antineutrinodaten von allen fünf Detektoren gesammelt haben, sind wir zuversichtlich, dass wir einen genauen Treibstoffmesser für die Erde entwickelt haben und in der Lage sein werden, die Menge des verbleibenden Treibstoffs im Inneren der Erde zu berechnen“, so McDonough.

Der Jinping-Detektor in China ist über viermal so groß wie alle bisherigen Detektoren. Obwohl der Detektor groß ist, wird der JUNO-Detektor schwindelerregende 20 Mal größer sein als alle bisherigen Detektoren.

„Wenn wir genau wissen, wie viel radioaktive Energie in der Erde vorhanden ist, erfahren wir etwas über die Verbrauchsrate der Erde in der Vergangenheit und ihr zukünftiges Brennstoffbudget“, erklärt McDonough.

Pahoehoe Lava
Pahoehoe Lava

„Indem wir zeigen, wie schnell sich der Planet seit seiner Geburt abgekühlt hat, können wir abschätzen, wie lange dieser Brennstoff noch reicht.“

Wenn JUNO online geht – hoffentlich im Jahr 2021 – sollen die gesammelten Daten Wissenschaftlern wie McDonough helfen, die verbleibende Zeit bis zur Abkühlung des Erdkerns abzuschätzen. Bis dahin können Sie sicher sein, dass alle Schätzungen wahrscheinlich Hunderte von Millionen, vielleicht sogar Milliarden von Jahren in der Zukunft liegen werden.

Es gibt also keinen Grund, in nächster Zeit Pläne für einen Umzug auf einen neuen Planeten zu machen.