Wie heiß ist der Erdkern?
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Grundlagen zum Thema Wie heiß ist der Erdkern?
Was ist der Erdkern?
Der Planet Erde ist aus verschiedenen Schichten aufgebaut. Oft spricht man auch vom Schalenmodell der Erde:
- Die äußere Schale ist die Erdkruste, die aus festem Gestein besteht. Unsere Erdoberfläche bildet dabei den äußersten Rand dieser Erdkruste.
- Daran schließt sich die mittlere Schale an. Sie hat die mächtigste Ausdehnung und wird als Erdmantel bezeichnet. Aufgrund der unterschiedlichen Temperatur- und Druckverhältnisse werden hier zwei Schichten unterteilt: Man spricht vom oberen und unteren Erdmantel.
- Ab 2 900 Kilometern Tiefe beginnt der Erdkern. Und wie sieht der Erdkern aus? Der Aufbau des Erdkerns ist zweigeteilt: Es gibt den äußeren und den inneren Erdkern.
Steckbrief zum Erdkern
Der Erdkern, der tief unter unseren Füßen liegt, hält einige Besonderheiten bereit, beispielsweise eine extrem hohe Temperatur.
Ab wie viel Grad beginnst du, zu schwitzen? Ab ca. 30 Grad Celsius wird es dir bestimmt ziemlich warm, oder? Dann stell dir diese unbeschreibliche Hitze von über 6 000 Grad Celsius vor. Diese Extremtemperaturen im Erdinneren sind sogar höher als die Temperaturen auf der Sonnenoberfläche. In der folgenden Übersicht erfährst du mehr über den Erdkern.
Der Erdkern – einfach erklärt für Kinder und Jugendliche
| Wissenswertes rund um den Erdkern | |
|---|---|
| Wie heiß ist der Erdkern? | Höchstwahrscheinlich herrschen im Inneren des Erdkerns Temperaturen von bis zu 6 500 Grad Celsius. |
| Wie tief ist der Erdkern? | Ab 2 900 Kilometern Tiefe beginnt der Erdkern und bei 6 371 Kilometern Tiefe liegt der Erdmittelpunkt. |
| Wie ist die Größe des Erdkerns? | Der Durchmesser liegt bei etwa 6 950 Kilometern. |
| Woraus besteht der Erdkern? | Das Material, aus dem der Erdkern besteht, ist Eisen und Nickel. |
| Ist der Erdkern flüssig oder fest? | Der äußere Erdkern ist flüssig, der innere Erdkern ist fest. |
| Warum ist der äußere Erdkern flüssig und der innere Erdkern fest? |
Die enorme Hitze lässt vermuten, dass der Erdkern aus geschmolzenem Gestein besteht. - Für den äußeren Erdkern stimmt das – das Gestein ist flüssig. - Der innere Erdkern allerdings wird von dem enorm hohen Druck der über ihm liegenden Schichten beeinflusst – der innere Kern ist fest und wird als Metallkugel bezeichnet. |
Wie heiß ist der Erdkern?
Bisher konnten Bohrungen bis zu einer Tiefe von zwölf Kilometern in das Erdinnere vorgenommen werden. Und da Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler keine direkten Messungen in den daran anschließenden, tieferen Schichten der Erde durchführen können, müssen die Bedingungen, die im Erdkern herrschen, in einem Labor nachgestellt werden.
Aber wie können diese enormen Temperaturen und der immense Druck bei einem Versuch aufgebaut werden?
Forschende in den Vereinigten Staaten von Amerika bauten dafür eine sehr große Kanone. Im Folgenden erfährst du Details zum genauen Versuchsaufbau:
- Die Forschenden platzierten ein Stück Eisen in einer Leichtgaskanone, mit der man den Druck im Erdkern nachahmen kann.
- Ziel des Versuchs war, die Temperatur in dem Augenblick zu messen, bei der das Eisen während einer Hochgeschwindigkeitskollision schmilzt.
- Dafür wurde die Kanone abgefeuert. Dabei schob sie einen schweren Kolben in ein mit Wasserstoff gefülltes Rohr hinein.
- Zu Beginn herrschte dort ein zehnfacher Atmosphärendruck, nach dem Abschuss stieg der Druck auf das 2 000-Fache an.
- Dieser Druck zerbarst eine Scheibe, der Wasserstoff trat aus und beschleunigte ein dort positioniertes Projektil bis zu 10 000 G (Maß für die Beschleunigung) auf eine Endgeschwindigkeit von etwa acht Kilometer pro Sekunde! Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bezeichneten diese Vorrichtung intern auch als die schnellste Kanone des Wilden Westens.
- Als das Projektil auf das Stück Eisen traf, erzeugte es einen enormen Druck und das Stück Eisen schmolz.
- Und in genau diesem unvorstellbar kurzen Moment musste die Temperatur gemessen werden. Die Farbe des entstehenden Lichts verriet die Temperatur: Der Schmelzpunkt bei diesem Versuch lag bei 6 200 Grad Celsius.
Erdkern und Magnetfeld
Neben den Temperatur- und Druckrekorden ist die Tatsache interessant, dass die Zusammensetzung des Erdkerns das Magnetfeld der Erde bestimmt.
Während die Erde rotiert, dreht sich der geschmolzene äußere Kern um den festen inneren Kern, wodurch das Magnetfeld der Erde erzeugt wird.
Transkript Wie heiß ist der Erdkern?
Der Erdkern ist ein geheimnisvoller Ort. Um die 2900 Kilometer unterhalb der Erdoberfläche liegt er als dichte Kugel aus Eisen und Nickel. Während die Erde rotiert, dreht sich der geschmolzene äußere Kern um den festen inneren Kern, wodurch das Erdmagnetfeld entsteht. Unvorstellbare Hitze und Drücke herrschen im Erdkern. Sie wärmen die oberen Schichten der Erde, treiben die Bewegung der tektonischen Platten an und unterstützen das Leben auf unserem Planeten. Da wir die Bedingungen innerhalb des Kerns nicht direkt messen können, müssen Wissenschaftler versuchen, diese Umgebung im Labor nachzubilden. Eine Methode dafür ist diese hier: eine sehr große Kanone. „Wir haben hier ein Stück Eisen, in dem wir die Bedingungen, die im Erdmittelpunkt herrschen, nachbilden wollen. Dafür müssen wir es sehr großem Druck aussetzen und es dann unter diesem hohen Druck schmelzen. Dazu strecken wie es hier hinein: in die Leichtgaskanone.“ Die Kanone ahmt den Druck im Erdkern nach. Wissenschaftler können die Temperatur des Erdkerns abschätzen, indem sie die Temperatur messen, bei der das Eisen im Augenblick der Hochgeschwindigkeitskollision schmilzt. „Wenn man die Kanone abfeuert, schiebt sie diesen schweren Kolben in dieses mit Wasserstoff gefüllte Rohr hinab. Zu Beginn herrscht darin zehnfacher Atmosphärendruck, aber wenn wir hier ankommen, herrscht dort der 2000-fache Atmosphärendruck. Der Druck zerbricht dann diese Scheibe. Der Wasserstoff tritt hier aus, treibt dieses Projektil an und beschleunigt es durch dieses Rohr mit bis zu 10.000 G, auf eine Endgeschwindigkeit von etwa 8 Kilometer pro Sekunde, weswegen wir die Kanone auch die schnellste Pistole im Wilden Westen nennen. Wenn das Projektil hier ankommt, trifft es auf das Ziel, erzeugt einen sehr hohen Druck und bringt das eiserne Ziel zum Schmelzen. Und Shun Shik Yu hat dann ungefähr eine 50-Milliardstel Sekunde Zeit, die Temperatur zu messen.“ „Ich stelle die Zähler auf Null.“ „Zielkammer kalibrieren. Bereit zu feuern.“ „Dann los.“ „Das gesamte Ziel, mit dem wir angefangen haben, ist zerstört, aber als das Projektil auf das Eisen getroffen ist, hat das Eisen einen kurzen Lichtblitz abgegeben. Die Farbe dieses Lichtes verrät uns die Temperatur. Und zwar verrät sie uns, dass der Schmelzpunkt bei 6200 Grad Celsius lag.“ Dieses Experiment hat den Wissenschaftlern einen Einblick in die Bedingungen im Kern unseres Planeten gegeben und legt nahe, dass tief unter unseren Füßen eine Hitzequelle brodelt, die bis zu eintausend Grad heißer als die Oberfläche der Sonne sein könnte.
Wie heiß ist der Erdkern? Übung
-
Beschreibe den Erdkern.
TippsDer Erdkern liegt tief im Inneren der Erde.
Der Erdkern kann als sehr dichte Kugel beschrieben werden.
Eisen ist einer der beiden Hauptbestandteile des Erdkerns.
Der äußere Erdkern ist flüssig. Der innere Erdkern ist es nicht.
Das Erdmagnetfeld entsteht auf Grund des Erdkerns.
LösungDu hast nun viel über den Erdkern erfahren.
Hier erhälst du noch weitere Fakten:
Der äußere Erdkern
- Er reicht von einer Tiefe von 2.900 km bis zu einer Tiefe von 5.100 km.
- Er besitzt eine Dichte von 9,9 bis 12,2 g/cm³.
- Die Temperatur liegt zwischen 3.000 °C und 5.000 °C.
- Er reicht bis in eine Tiefe von 6.371 km.
- Seine Dichte liegt zwischen 12,6 und 13 g/cm³.
- Die Temperatur kann über 5.700 °C betragen.
-
Beschreibe Erforschung des Erdkerns.
TippsDer Erdkern liegt so tief, dass wir die Temperatur nicht selbst messen können.
Da wir nicht bis zum Erdkern bohren können, müssen die Bedingungen im Labor nachgestellt werden.
Im Labor wird Eisen mit einer speziellen Kanone beschossen.
Mit der Kanone wird hoher Druck erzeugt.
Der entstehende Lichtblitz gibt Informationen über die Temperatur im Erdkern.
LösungWie du nun erfahren hast, ist es sehr aufwendig und kompliziert die Eigenschaften des Erdkerns genauer zu untersuchen.
- Die Erforschung des Erdkerns ist nicht abgeschlossen.
- Viele Teams aus WissenschaftlerInnen arbeiten daran, mehr über ihn zu erfahren.
- Seismische Wellen haben die Fähigkeit, durch die Erde hindurch zu wandern, jedoch ändern sie ihre Geschwindigkeit je nach Materialbeschaffenheit.
- So ändert sich die Geschwindigkeit bei einem Übergang zu einer anderen Schicht.
-
Stelle den Aufbau der Erde dar.
TippsDie Erdkruste umgibt die gesamte Erde.
Der Erdmantel besteht aus dem oberen Erdmantel, der direkt unter der Erdkruste liegt, und dem unteren Erdmantel.
Der obere Erdmantel ist 2.500 km dick.
Der untere Erdmantel ist 2.200 km dick.
Der äußere Erdkern liegt zwischen dem inneren Erdkern und dem unteren Erdmantel.
LösungNeben dem Erdkern hast du nun auch die weiteren Schichten der Erde kennengelernt.
In der Abbildung kannst du auch sehr gut sehen, bis zu welcher Tiefe die einzelnen Schichten reichen.
Die einzelnen Schalen der Erde besitzen unterschiedliche Zustände:
- Die Erdkruste ist fest.
- Der obere Erdmantel besteht aus einer oberen festen Schicht und einer unteren zähflüssigen Schicht.
- Der untere Erdmantel ist fest.
- Der äußere Erdkern ist flüssig.
- Der innere Erdkern ist fest.
- Die äußere Schale stellt die Erdkruste dar.
- Wofür stehen wohl dann das Fruchtfleisch und der Kern?
-
Erkläre die Strömungen im Inneren der Erde.
TippsAbgekühltes Magma hat eine höhere Dichte. Es sinkt ab und wird wieder erwärmt. Was passiert wohl nun mit dem erwärmten Magma?
An einer Subduktionszone bewegen sich die Ströme aufeinander zu.
Am Mittelozeanischen Rücken steigt Magma auf und bildet neuen Meeresboden.
LösungDu hast nun viel über die Strömungen im Erdinneren gelernt.
- Diese sind verantwortlich für die Bewegung der Erdplatten und so auch für die Entstehung von Vulkanen.
- Vulkane entstehen, wenn an Plattengrenzen Magma aus dem Erdmantel durch die Erdkruste austritt.
- Dies geschieht sowohl wenn sich die Ströme aufeinander zu bewegen, als auch wenn sie sich voneinander weg bewegen.
- Konvektionsströme liegen nämlich auch beim Kochen von Flüssigkeit in einem Kochtopf vor.
- Dies siehst du in der Abbildung.
- Fülle ein hitzebeständiges Glas mit Wasser.
- Stelle es auf ein Stövchen (oder Ständer eines Fondues).
- Gib Farbe (Lebensmittelfarbe, Tinte) in das Wasser und warte bis sich die Farbe auf dem Boden abgesetzt hat (ca. 20-30 Min.).
- Zünde nun ein Teelicht an und stelle es ins Stövchen.
- Beobachte nun, was passiert, wenn sich das Wasser erwärmt.
-
Bestimme die Eigenschaften des inneren und äußeren Erdkerns.
TippsFlüssig und fest sind Zustände.
Eine Drehung ist eine Bewegung.
Der innere Erdkern ist fest. Der äußere Erdkern ist flüssig.
Der äußere Erdkern dreht sich.
LösungDu hast nun viel über den Erdkern erfahren. Nun kommen noch ein paar Informationen hinzu.
Der äußere Erdkern:
- Er ist auf Grund seiner Temperatur flüssig.
- Er besteht aus einer Eisen-Nickel-Schmelze.
- Durch die Erdrotation rotiert er um den inneren Erdkern. Hierdurch entsteht das Erdmagnetfeld.
- Es herrscht ein Druck von 2.500 kbar.
- Er ist noch heißer als der äußere Erdkern.
- Er hat einen Druck von 3.600 kbar.
- Durch diesen enormen Druck wird die Schmelze wieder fest.
Quelle: Knittel, Ullrich (2019): Infoblatt Schalenbau der Erde. URL: https://www.klett.de/alias/1011308. [Abgerufen am 05.04.2020].
-
Analysiere, ob eine Reise zum Mittelpunkt der Erde möglich ist.
TippsDie tiefste Bohrung in die Erde reichte bis zu einer Tiefe von ca. 12.000 m. Der innere Erdkern beginnt erst bei 5.100 km.
Die Temperatur im inneren Erdkern kann bis zu 6.200 °C betragen.
3.600 kbar ist ein extrem hoher Druck, der im inneren Erdkern vorherrschen kann.
LösungDu hast nun richtig analysiert, weshalb eine Reise zum Mittelpunkt der Erde nicht möglich ist.
- Aufgrund der Bedingungen ist es extrem schwierig, den Erdkern zu erforschen.
- Mit Hilfe komplizierter Untersuchungen kommt man immer wieder zu neuen Erkenntnissen.
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