Und die betrug circa 5,5 Gramm pro Kubikzentimter. Das ist überraschend hoch, vor allem wenn man es mit der mittleren Dichte von normalem Gestein vergleicht. Die liegt bei Werten von 2 bis 3 Gramm pro Kubikzentimetern. Es mag zwar von der Oberfläche aus so aussehen, als wäre die Erde eine große Kugel aus Gestein – aber darunter musste noch irgendetwas anderes sein, denn ansonsten wäre diese hohe mittlerer Dichte nicht erklärbar. Es musste viel sein und es musste schwer sein.
Wirklich genauere Informationen gab es dann aber erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Da begannen die Geologen, die bei Erdbeben ausgelösten Wellen detailliert zu untersuchen. Wenn irgendwo ein starkes Erdbeben stattfindet, dann kann man das nicht nur in unmittelbarer Umgebung spüren. Die ganze Erde schwingt dann ein wenig und Wellen breiten sich in alle Richtungen aus. Messstationen mit entsprechend sensitiven Geräten können dann auch die Wellen eines Erdbebens messen, das ganz woanders auf dem Planeten stattgefunden hat. Bei diesen Beobachtungen stellten die Wissenschaftler fest, dass die Wellen sich nicht immer mit der gleichen Geschwindigkeit bewegten. Je nachdem, welchen Weg sie durch die Erde nahmen, waren sie schneller oder langsamer. Und manchmal wurden sie auch irgendwo tief unten in andere Richtungen abgelenkt bzw. ganz gestoppt.
Anhand solcher Auswertungen hat schon 1906 der britische Geologe Richard Dixon Oldham vermutet, dass die Erde keine homogene Kugel ist, in der sich das ganze Material aus dem sie besteht komplett vermischt hat. Er schätzte, dass irgendwie in 2500 Kilometer Tiefe eine Art Grenze sein muss, wo sich das Material mehr oder weniger schlagartig ändert. Spätere Berechnungen haben diese Grenze in eine Tiefe von 2900 Kilometern verschoben.
Die erste, die mit der Analyse von Erdbebenwellen tatsächlich die Existenz eines Erdkerns nachweisen konnte, war 1936 die dänischen Seismologin Inge Lehmann. Und heute wissen wir, dass es nicht nur einen Kern gibt, sondern zwei. Die Erdkruste, also der Teil der Erde auf dem wir jeden Tag herumlaufen, ist ungefähr 40 Kilometer dick. Darunter folgt der Erdmantel, der sich bis in die schon vorhin erwähnte Tiefe von 2900 Kilometern erstreckt. Und dort beginnt der äußere Erdkern, der knapp 2200 Kilometer dick. Darunter, also in einer Tiefe von 5150 Kilometern beginnt der innere Erdkern, der einen Radius von ungefähr 1200 Kilometer hat.
Äußerer und innerer Erdkern sind sehr unterschiedlich beschaffen. Auch das weiß man durch die Auswertung von Erdbebenwellen. Die Details spare ich mir für eine eigene Sternengeschichtenfolge über Erdbeben auf; für heute reicht es zu wissen, das es verschiedene Arten von Erdbebenwellen gibt die sich in verschiedenen Materialien verschiedenen schnell fortbewegen. Oder auch gar nicht – manche Wellen können sich zum Beispiel nur durch feste Stoffe bewegen aber nicht durch Flüssigkeiten.
So hat man festgestellt, dass Eisen ein Hauptbestandteil des Kerns sein muss. Es ist schwer genug, um die hohe mittlere Dichte der Erde zu erklären. Es ist aber auch noch aus anderen Gründen plausibel und hier spielt nun die Astronomie eine Rolle. Aus astronomischer Sicht gibt es ja nur zwei wirklich häufige chemische Elemente: Wasserstoff und Helium, die beide direkt beim Urknall selbst entstanden sind. Der ganze Rest wurde erst lange später und in vergleichsweise geringen Mengen durch Kernfusion im Inneren von Sternen gebildet. Wir sind es zwar gewohnt in einer Umgebung zu leben, in der diese “neuen” Elemente dominieren und bestehen selbst zu einem großen Teil aus ihnen, aber aus Sicht des Universums ist alles, was kein Wasserstoff oder Helium ist nur eine kleine Verunreinigung…
Eisen ist hier aber trotzdem sehr speziell. Wenn im Inneren eines Sterns zum Beispiel zwei Wasserstoffatome zu Helium fusioniert werden, wird dabei Energie frei. Wenn zwei Heliumatome zu zum Beispiel Sauerstoff fusioniert werden, wird dabei ebenfalls Energie frei. Das geht immer so weiter und es können immer schwerere Elemente entstehen. Erst bei Eisen tut sich was. Wollte man zwei Eisenatome zu einem noch schwereren Element fusionieren, müsste man Energie hinein stecken. Hier wird also keine neue Energie mehr frei und der Kernfusionprozess stoppt. Eisen ist also quasi die ultimative Asche der Kernfusion in den Sternen und deswegen auch überraschend häufig. Nimmt man alle chemischen Elemente aus unserer Milchstraße, dann sind 73,9 Prozent davon Wasserstoff. Helium macht 24 Prozent aus und Sauerstoff 1 Prozent. Dann kommen Kohlenstoff mit 0,46 Prozent und Neon mit 0,13 Prozent. Aber schon auf Platz 6 folgt Eisen mit 0,11 Prozent und ist damit viel häufiger als die ganzen anderen, viel leichteren chemischen Elemente.
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