Eine bahnbrechende Untersuchung, veröffentlicht am 4. September 2025 in Nature Communications, legt nahe, dass die Kristallisation des Erdinneren maßgeblich von dessen Kohlenstoffgehalt beeinflusst wurde. Forscher der Universitäten Oxford, Leeds und University College London präsentieren mittels komplexer Computersimulationen die Hypothese, dass eine Kohlenstoffkonzentration von etwa 3,8 % im Erdkern die entscheidende Voraussetzung für dessen Verfestigung war.
Diese Erkenntnisse deuten darauf hin, dass Kohlenstoff im Erdkern weitaus häufiger vorkommt als bisher angenommen und eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung des festen inneren Kerns spielte. Der feste innere Kern ist von fundamentaler Bedeutung für die Aufrechterhaltung des Erdmagnetfeldes, welches unseren Planeten vor schädlicher Sonnenstrahlung schützt. Die Ergebnisse der Studie eröffnen somit bedeutende Einblicke in die tiefen Prozesse unseres Planeten und haben weitreichende Implikationen für die Planetenwissenschaften.
Ein tiefgreifendes Verständnis der chemischen Zusammensetzung des Erdkerns ist unerlässlich, um die thermische Entwicklung der Erde und die Mechanismen, die ihr Magnetfeld antreiben, vollständig zu erfassen. Die Forschung nutzte Simulationen auf atomarer Ebene, um das Gefrieren von flüssigem Eisen unter extremen Temperaturen und Drücken zu modellieren. Diese Simulationen zeigten, dass die Anwesenheit von Kohlenstoff die Keimbildung von festem Eisen beschleunigt und somit die Entstehung des inneren Kerns begünstigt. Im Gegensatz dazu wurde beobachtet, dass Elemente wie Silizium und Schwefel, die ebenfalls in den Simulationen untersucht wurden, den Gefrierprozess behindern.
Dies steht im Gegensatz zu früheren Annahmen, die eine größere Rolle für Silizium und Schwefel im Kern vermuteten. Die Finanzierung dieser Forschung wurde durch den Natural Environment Research Council (NERC) bereitgestellt. Die Debatte um das Alter des Erdinneren und die Notwendigkeit von Unterkühlung zur Initiierung des Gefrierprozesses wird durch diese neuen Erkenntnisse beleuchtet.
Frühere Berechnungen deuteten darauf hin, dass eine Unterkühlung von 800-1000 °C erforderlich wäre, um die Kristallisation eines reinen Eisenkerns zu initiieren. Eine solche Unterkühlung hätte jedoch zu einem übermäßig großen inneren Kern und einem Versagen des Erdmagnetfeldes geführt – beides ist nicht mit den beobachteten Gegebenheiten vereinbar. Die neuen Simulationen legen nahe, dass bei einem Kohlenstoffgehalt von 3,8 % die erforderliche Unterkühlung auf lediglich 266 °C reduziert wird, was eine plausible Erklärung für die Entstehung des inneren Kerns liefert.
Diese Entdeckung könnte auch dazu beitragen, die langjährige Frage nach dem genauen Zeitpunkt der Kernentstehung zu klären, wobei einige Wissenschaftler von einer Entstehung vor über zwei Milliarden Jahren und andere von weniger als einer halben Milliarde Jahren ausgehen. Die Simulationen zeigten ferner, dass Kohlenstoff eine entscheidende Rolle bei der Beschleunigung des Gefrierprozesses spielt. Dies unterstreicht die Bedeutung von Kohlenstoff als Element, das die Bildung des festen inneren Kerns ermöglichte. Ohne diesen kohlenstoffreichen Anteil könnte die Entstehung unseres inneren Kerns, wie wir ihn kennen, nie stattgefunden haben.
Diese Ergebnisse bieten einen seltenen Einblick in die dynamischen Prozesse im Zentrum unseres Planeten und sind ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Zusammensetzung und Entwicklung der Erde.