Wie viel Kohlenstoff enthält der Erdkern?

Der Kern der Erde hat einen Durchmesser von rund 7000 Kilometern und besteht aus einem harten inneren und einem flüssigen äußeren Kern. Dass er fast ausschließlich aus Eisen besteht, spielt eine Schlüsselrolle für die Entstehung des Erdmagnetfelds. Doch noch immer gibt die genaue Zusammensetzung des Erdkerns Rätsel auf. Denn Erdbebenwellen im Erdkern breiten sich mit einer Geschwindigkeit aus, die sich mit der bisher angenommenen Zusammensetzung nicht erklären lässt. Eine Lösung für dieses Problem schlagen Geowissenschaftler nun in der Fachzeitschrift „Communication Earth & Environment“ vor: Vor allem im flüssigen, äußeren Erdkern könnte sehr viel mehr Kohlenstoff enthalten sein als bislang vermutet.

„Im Erdkern müssen leichtere Elemente als Eisen vorkommen, um dessen Dichte zu reduzieren“, sagt Suraj K. Bajgain vom Earth Materials Laboratory der Florida State University in Tallahassee. Doch Proben vom Erdkern zu nehmen und zu untersuchen, ist nicht möglich, da Bohrungen nur etwa zwölf Kilometer in die oberste Erdkruste reichen und somit nicht direkt zum Erdkern vordringen. Jedoch lassen sich die Bedingungen im Erdkern und dessen Zusammensetzung mithilfe von Computern simulieren. Genau diesen Weg gingen Bajgain und seine Kollegen und modellierten den Erdkern mit verschiedenen Zusammensetzungen.

In ihren Simulationen berücksichtigten die Forscher die extremen Bedingungen, die im Erdkern herrschen. Dazu zählen enorme Drücke von bis zu 360 Gigapascal und Temperaturen zwischen 3700 und 6700 Grad Celsius. In ihren simulierten Erdkern fügten die Forscher unterschiedlich hohe Anteile an dem leichteren Element Kohlenstoff zum Eisen hinzu. Diese Berechnungen ergaben eine Bandbreite möglicher Dichten des inneren und äußeren Erdkerns. Zusätzlich ließ sich die Geschwindigkeit von Erdbebenwellen in einem so zusammengesetzten Erdkern simulieren und mit gemessenen Daten vergleichen.

Die beste Übereinstimmung zwischen den Simulationen und bisherigen Messungen ergab sich, wenn der Anteil von Kohlenstoff im äußeren, flüssigen Erdkern zwischen 0,3 und 2 Prozent der Masse ausmachte. Das entspricht gigantischen Kohlenstoffmengen zwischen 5,5 und 36,8 Trillionen Tonnen. „Der gesamte Erdkern könnte damit 93 bis 95 Prozent der gesamten auf der Erde vorkommenden Kohlenstoffmenge enthalten“, sagt Bajgain. Damit liefern die Forscher nicht nur einen genaueren Einblick in den Aufbau der Erde – auch für die Analyse der Zusammensetzung ferner Exoplaneten könnte diese Studie neue Impulse liefern.