Er wird für den Menschen immer unerreichbar sein: der innere Erdkern, der sich gut 6.000 Kilometer unter der Erdoberfläche befindet. Er erstreckt sich auf etwa 1200 Kilometer und erreicht Temperaturen von rund 5400 Grad Celsius.

Da es im Inneren der Erde zu heiß und der Druck zu hoch ist, kann er physisch nicht erforscht werden. Anders als der ihn umgebende flüssige äußere Erdkern besteht der innere Erdkern aus festem Metall – überwiegend aus Eisen. Zumindest gingen Forscher:innen bisher davon aus. Diese Theorie wird nun aber völlig auf den Kopf gestellt.

Anhand der Auswertung seismischer Daten wollen Forscher:innen in einer kürzlichen Studie herausgefunden haben, dass die Rotation des inneren Erdkerns um das Jahr 2009 herum zum Stillstand gekommen sei und dass sich die Bewegungsrichtung des Kerns alle 35 Jahre ändert.

Physiker:innen der University of Texas in Austin sowie Forscher:innen der Universitäten Sichuan und Nanjing in China haben nun eine weitere spektakuläre Entdeckung gemacht: Sie stellten fest, dass sich bestimmte Gruppierungen von Eisenatomen im inneren Erdkern beweglicher zeigen als bisher angenommen.

Diese Atome können innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde in neue Positionen wandern, „wie Menschen, die ihre Plätze an einem Esstisch wechseln“, ohne die darunterliegende Metallstruktur des Eisens zu beeinträchtigen und den Kern formbarer zu machen.

„Seismolog:innen haben herausgefunden, dass der innere Kern der Erde, überraschend weich ist – ähnlich wie Butter“, erklärte Youjun Zhang, Professor an der Universität Sichuan. „Wir haben entdeckt, dass festes Eisen in der Erde überraschend weich wird, weil Atome sich viel mehr bewegen können, als wir jemals angenommen haben. Diese verstärkte Bewegung macht den inneren Erdkern weniger fest und schwächer gegenüber Querkräften.“

Da eine direkte Untersuchung des Erdkerns nicht möglich ist, verwendeten Zhang und sein Forscherteam in der Studie ein Miniaturcomputermodell des Erdkerns, um die Eigenschaften und Bewegung der Eisenatome im Kern vorherzusagen. Dabei verglichen sie die Ergebnisse mit Daten, die aus Laborexperimenten unter hohem Druck und hoher Temperatur stammten, und die Bedingungen im Erdkern nachahmten.

„Superzelle“ liefert Antworten

Die Druckverhältnisse im Erdkern wurden nachgestellt, indem eine kleine Eisenplatte mit einem schnell bewegenden Projektil beschossen wurde. Dadurch erlangten die Forscher:innen Daten zu Temperatur, Druck und Geschwindigkeit. Diese Informationen wurden dann in ein Computermodell integriert, das mithilfe von maschinellem Lernen die Bewegungen der Atome im Inneren der Erde simuliert.

Durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz wurde im Computer eine Art „Superzelle“ aus rund 30.000 Atomen erschaffen. Diese Zelle wurde vom Forschungsteam genutzt, um verschiedene Eigenschaften der Atome genauer zu prognostizieren.

Die Beobachtung, die dabei gemacht wurde, überraschte selbst die Forscher:innen: Gruppen von Atomen bewegten sich und tauschten ihre Positionen aus, während die zugrunde liegende hexagonale Struktur der Atome und somit die Metallstruktur des Eisens intakt blieb.

Dieses Phänomen wird als „kollektive Bewegung“ bezeichnet. Im Alltag lässt sich das auch bei Vogelschwärmen oder großen Menschenmengen beobachten. Die überraschende Bewegung der Atome könnte möglicherweise auch erklären, warum seismische Messungen des inneren Erdkerns Anzeichen dafür zeigen, dass er weicher und verformbarer ist, als es unter den gegebenen hohen Druckverhältnissen zu erwarten wäre, vermutet das Forscherteam.

Jung-Fu Lin, Co-Autor der Studie erklärte: „Jetzt kennen wir den grundlegenden Mechanismus, der uns helfen wird, die dynamischen Prozesse und die Entwicklung des Erdinneren zu verstehen.“