Ein geomagnetisches Feld wird im Erdinneren erzeugt und erstreckt sich bis in den Weltraum, um die Erde vor kosmischer Strahlung und den geladenen Teilchen des Sonnenwinds zu schützen. Das Magnetfeld wird durch die Konvektion geladener geschmolzener Eisenflüssigkeiten im äußeren Kern der Erde erzeugt.
Im Gegensatz zum konvektiven homogenen äußeren Kern ist der innere Erdkern inhomogen und anisotrop. Die seismische Geschwindigkeit in Polrichtung ist um etwa 2–3 % schneller als in äquatorialer Richtung.
Kürzlich haben Forscher unter der Leitung von Profs. Li Heping und He Yu vom Institut für Geochemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (IGCAS) haben gezeigt, dass die anisotrope innere Kernstruktur der Erde durch das geomagnetische Dipolfeld angetrieben wird.
Die Studie wurde veröffentlicht in Naturkommunikation am 24. März.
Letztes Jahr erschien eine Studie in Natur ergaben, dass der innere Kern der Erde kein normaler Feststoff ist, sondern eine Zusammensetzung aus festem Eisen und flüssigkeitsähnlichen leichten Elementen (Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff), was auch als superionischer Zustand bekannt ist.
In der aktuellen Studie fanden die Forscher heraus, dass hexagonal dicht gepackte (hcp) Fe-H-Legierungen sowohl seismische Anisotropie als auch H-Ionen-Diffusionsanisotropie unter Hochdruck-Temperatur-Bedingungen im Erdinneren aufwiesen.
In Gegenwart eines äußeren elektrischen Feldes war die Ausrichtung des Fe-H-Gitters mit der in Feldrichtung zeigenden c-Achse energetisch günstig. Aufgrund dieses Effekts könnte die Ausrichtung des Fe-H-Gitters durch ein elektrisches Feld angetrieben werden.
Unter Berücksichtigung der elektromagnetischen Feldverteilung im inneren Kern wurde eine Wechselwirkung zwischen dem inneren Kern und dem Erdmagnetfeld festgestellt. Die durch das Erdmagnetfeld angetriebene ausgerichtete Textur zeigte eine signifikante seismische Anisotropie, was die anisotropen seismischen Geschwindigkeiten im inneren Kern erklärt.
„Es ist faszinierend! Die beweglichen Wasserstoffatome im inneren Erdkern können mit dem geomagnetischen Feld korrelieren und so eine anisotrope Textur bilden, die uns eine neue Perspektive geben sollte, um die Geheimnisse des inneren Erdkerns und des Erdmagnetfelds zu verstehen“, sagte Dr. He Yu, korrespondierender Autor der Studie.
„Über die geowissenschaftlichen Implikationen hinaus sind die einzigartigen physikalischen Eigenschaften des superionischen Effekts auch für uns von entscheidender Bedeutung, um das Verhalten superionischer Materie unter extremen Bedingungen im Inneren von Exoplaneten besser zu verstehen“, sagte Dr. Sun Shichuan, Erstautor der Studie.
Mehr Informationen:
Shichuan Sun et al, Superionischer Effekt und anisotrope Textur im inneren Erdkern, angetrieben durch ein geomagnetisches Feld, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-37376-1