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Wie heiß ist der Erdkern? 02:56 min

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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

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Wie heiß ist der Erdkern? kannst du es wiederholen und üben.

  • Beschreibe den Erdkern.

    Tipps

    Der 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.

    Lösung

    Du 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.
    Der innere Erdkern
    • 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.
    Quelle: Knittel, Ullrich (2019): Infoblatt Schalenbau der Erde. URL: https://www.klett.de/alias/1011308. [Abgerufen am 05.04.2020].

  • Beschreibe Erforschung des Erdkerns.

    Tipps

    Der 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.

    Lösung

    Wie 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.
    Mit Hilfe von seismischen Wellen, wie sie bei Erdbeben entstehen, können die Grenzen zwischen den einzelnen Schichten bestimmt werden.
    • 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.
    Quelle: Erforschung des Erdinneren unter Hochdruck (Welt der Physik). URL: https://www.weltderphysik.de/thema/bmbf/erforschungkondensiertermaterie/erforschung-des-erdinneren-unter-hochdruck/ . [Abgerufen am 05.04.2020].

  • Stelle den Aufbau der Erde dar.

    Tipps

    Die 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.

    Lösung

    Neben 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.
    Übrigens ist ein aufgeschnittener Pfirsich ein ideales Erdschalenmodell:
    • Die äußere Schale stellt die Erdkruste dar.
    • Wofür stehen wohl dann das Fruchtfleisch und der Kern?

  • Erkläre die Strömungen im Inneren der Erde.

    Tipps

    Abgekühltes 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.

    Lösung

    Du 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.
    Der Prozess der Konvektion findet übrigens nicht nur im Erdmantel statt, sondern ist auch in unserem Haushalt wiederzufinden.
    • Konvektionsströme liegen nämlich auch beim Kochen von Flüssigkeit in einem Kochtopf vor.
    • Dies siehst du in der Abbildung.
    Diese Konvektion kannst du selber in einem kleinen Versuch nachstellen:

    • 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.
    Achtung: Sei bitte vorsichtig bei dem Versuch und lasse dir von deinen Eltern helfen.

  • Bestimme die Eigenschaften des inneren und äußeren Erdkerns.

    Tipps

    Flüssig und fest sind Zustände.

    Eine Drehung ist eine Bewegung.

    Der innere Erdkern ist fest. Der äußere Erdkern ist flüssig.

    Der äußere Erdkern dreht sich.

    Lösung

    Du 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.
    Der innere Erdkern:
    • 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.

    Tipps

    Die 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.

    Lösung

    Du 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.
    Wie du in der Abbildung erkennen kannst, liegt der Mittelpunkt der Erde bei 6.370 km. Die tiefste Bohrung in die Erde lag allerdings bei nur ca. 12.000 m.