Neueste Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass der Erdkern ein enormes, bisher unentdecktes Reservoir für Wasserstoff darstellt, das möglicherweise größer ist als die gesamte Menge an Wasser in den Ozeanen, der Atmosphäre und dem Erdmantel zusammen. Ein Team von Wissenschaftlern an der ETH Zürich, unter der Leitung von Professor Motohiko Murakami, hat durch experimentelle Studien unter extremen Bedingungen herausgefunden, dass Wasserstoff zusammen mit Silizium und Sauerstoff in den Erdkern gelangte, und zwar bereits während der Entstehung der Erde. Diese Erkenntnisse könnten weitreichende Auswirkungen auf unser Verständnis von geophysikalischen Prozessen, dem Wasserkreislauf der Erde und sogar der Bildung von Exoplaneten haben.
Die Debatte um den Wasserstoffgehalt im Erdkern wird seit vielen Jahren geführt. Während einige Forscher der Ansicht sind, dass Wasser erst zu einem späteren Zeitpunkt durch Kometen und Asteroiden auf die Erde gebracht wurde, vertreten andere die Meinung, dass die Erde während ihrer Entstehung bereits wasserreich war. Letztere Hypothese legt nahe, dass ein bedeutender Teil des Wasserstoffs als elementarer Wasserstoff im Erdkern gespeichert ist. Doch wie viel Wasserstoff tatsächlich im Erdkern vorhanden ist, ist schwer zu messen. Herkömmliche seismische Methoden sind aufgrund der extremen Druck- und Temperaturbedingungen im Inneren der Erde nur bedingt geeignet.
Das Forschungsteam der ETH Zürich hat innovative experimentelle Techniken eingesetzt, um die Bedingungen im Erdkern zu simulieren. Dabei verwendeten sie eine spezielle Diamantstempelzelle, die es ermöglicht, Druckverhältnisse zu erzeugen, die über eine Million Mal so hoch sind wie der atmosphärische Druck, sowie Temperaturen, die die Oberflächentemperatur der Sonne übersteigen. In diesem Experiment wurde eine wasserhaltige Kristallkapsel, die ein kleines Stück metallisches Eisen enthielt, erhitzt. Dies führte dazu, dass sich Silizium, Sauerstoff und Wasserstoff in das geschmolzene Eisen bewegten und Nanostrukturen bildeten. Die Ergebnisse zeigen, dass Wasserstoff im Erdkern nicht in seiner gasförmigen Form oder als Wasser (H2O) existiert, sondern als Eisenhydrid in der geschmolzenen Metallmatrix vorliegt.
Um den Wasserstoffgehalt des Erdkerns zu quantifizieren, berechneten die Wissenschaftler das Verhältnis von Wasserstoff zu Silizium, das sie während ihrer Experimente ermittelten, und kombinierten dies mit bekannten Daten über den Siliziumanteil im Erdkern. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Wasserstoffanteil im Kern zwischen 0,07 und 0,36 Prozent der Gesamtmasse des Erdkerns liegt. Dies entspricht der Wassermenge, die etwa neun bis fünfzigmal so groß ist wie die gesamte Wassermenge der Ozeane.
Diese neuen Ergebnisse haben das Verständnis der frühen Erdgeschichte erheblich verändert. Sie legen nahe, dass der Wasserstoff bereits früh in der Entwicklungsphase der Erde vorhanden war und somit nicht ausschließlich von Kometen stammte, die erst später in die Erdgeschichte einschlugen. Darüber hinaus könnte der Erdkern das größte Wasserstoffreservoir des Planeten darstellen, was weitreichende Implikationen für das Wissen über die Verteilung von Wasser und anderen flüchtigen Stoffen im frühen Sonnensystem hat.
Die Präsenz von Wasserstoff im Erdkern könnte auch bedeutende Auswirkungen auf verschiedene geophysikalische Prozesse haben, einschließlich der Entstehung des Erdmagnetfeldes und des Wasseraustauschs zwischen dem Kern und dem Mantel. Über lange Zeiträume könnte ein Teil dieses tief gespeicherten Wasserstoffs an die Erdoberfläche gelangen, was Vulkanismus und die Dynamik des Erdmantels beeinflussen könnte. Solche Erkenntnisse sind auch für die Modellierung von Exoplaneten von Bedeutung, da die Verteilung von Wasserstoff und anderen Elementen entscheidend dafür ist, ob ein Planet einen Metallkern besitzt oder nicht.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entdeckungen der ETH Zürich nicht nur unser Bild vom Erdkern revolutionieren, sondern auch grundlegende Fragen zur Entstehung und Entwicklung der Erde sowie anderer Himmelskörper in unserem Sonnensystem aufwerfen. Sie geben uns wertvolle Hinweise darauf, wie Wasser und andere essentielle Elemente im frühen Universum verteilt waren und welche Rolle sie in der Entwicklung von Planeten gespielt haben.
