ERDE
Ein großes Wasserstoffreservoir im Erdkern?
Redaktion / idw / Pressemitteilung der ETH Zürich 
astronews.com
23. Februar 2026

Der Erdkern könnte das größte Wasserstoffreservoir des Planeten sein - größer als Ozeane, Mantel und Atmosphäre zusammen. Das ist das Ergebnis jetzt vorgestellter Laborexperimente unter extremen Druck. Die Resultate sind nicht nur für die Modellierung von Prozessen im Erdinneren interessant, sondern haben auch Folgen für Theorien zur Erdentstehung.

Die Proben wurden während des Versuchs zwischen zwei einen Zehntel Millimeter große Diamantspitzen eingeklemmt. Bild:  M. Murakami / ETH Zürich [Großansicht]

Laborversuche unter extremem Druck zeigen, dass Wasserstoff bei der Erdentstehung zusammen mit Silizium und Sauerstoff in den Erdkern gelangte. Damit könnte der Erdkern das grösste Wasserstoffreservoir des Planeten sein, grösser als Ozeane, Mantel und Atmosphäre zusammen. Der tief gespeicherte Wasserstoff könnte Prozesse wie Magnetfeld, Manteldynamik und den globalen Wasserkreislauf beeinflussen.

Seit Jahrzehnten diskutieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler darüber, wie viel Wasserstoff (H) der Erdkern enthält und wie er dorthin gekommen ist. Einige Theorien besagen, dass Wasser (also H₂O) erst nach der Entstehung des Kerns von Kometen und Asteroiden auf die Erde gebracht wurde. Andere halten es für wahrscheinlicher, dass die Erde schon während ihrer Entstehung wasserreich war, und dass ein Großteil dieses Wasservorrats während der Kernbildung als elementarer Wasserstoff (H) im tiefsten Inneren des Planeten versank.

Wie viel Wasserstoff aber wirklich im Erdkern steckt, lässt sich nicht direkt messen. Und indirekte Messungen über seismische Wellen sind ebenfalls schwierig, weil im Erdkern völlig andere Druck- und Temperarturbedingungen herrschen als im Erdmandel. Ein Forschungsteam um Motohiko Murakami, Professor am Departement Erd- und Planetenwissenschaften der ETH Zürich, konnte nun in einem Experiment zeigen, in welcher Form Wasserstoff im Erdkern vorliegt. Die Ergebnisse halfen ihm, damit auch die Wasserstoffmenge im Kern zu berechnen.

Im Experiment bildeten die Forscher die Bedingungen nach, wie sie bei der Erdentstehung herrschten. So konnten sie zeigen, dass Wasserstoff im Kern nicht allein vorliegt, sondern mit Silizium und Sauerstoff Nanostrukturen bildet, die sich im geschmolzenen Eisen einlagern. Der Wasserstoff liegt im Kern also nicht als Gas oder als Wassermolekül vor, sondern als sogenanntes Eisenhydrid direkt im geschmolzenen Metall. Für ihren Versuch nutzen die ETH-Forscher eine lasererhitzte Diamantstempelzelle. In diesem Gerät können die Wissenschaftler einen Druck erzeugen, der mehr als eine Million Mal höher ist als der Atmosphärendruck, und Temperaturen, die heißer sind als die auf der Sonnenoberfläche.

Um den Erdkern zu simulieren, verwendeten die Forschenden eine wasserhaltige Kristallkapsel, in der ein winziges Stück metallisches Eisen eingebettet war. Mit Laser erhitzten sie dann diese Kapsel, bis das Eisen flüssig wurde und sich die Elemente Silizium, Sauerstoff und Wasserstoff aus der Kapsel in das geschmolzene Eisen hinein bewegten. Anschließend kühlten die Forscher die Kapsel sofort ab und machten die einzelnen Atome dreidimensional sichtbar. "Die größte Herausforderung bestand darin, Wasserstoff unter solch extremen Bedingungen im Nanobereich nachzuweisen. Mithilfe modernster Tomografie konnten wir schließlich visualisieren, wie sich diese Atome innerhalb des metallischen Eisens verhalten", sagt Dongyang Huang, ehemaliger Postdoktorand in Murakamis Forschungsgruppe.

Um den gesamten Wasserstoffgehalt des Kerns zu bestimmen, nutzten die Forschenden zwei Werte: einerseits das Verhältnis von Wasserstoff zu Silizium, das sie im Experiment ermittelten, andererseits den aus anderen Studien bekannten Siliziumanteil des Erdkerns. Das Ergebnis: 0,07 bis 0,36 Prozent der Kernmasse bestehen aus Wasserstoff. Wenn man daraus Wasser herstellen/bilden würde, entspräche das etwa 9- bis 50-mal der Wassermenge aller heutigen Ozeane. Der Erdkern dürfte also deutlich mehr Wasserstoff enthalten als ältere Modelle annehmen.

Die Resultate würden, so das Team, auch das Bild davon verändern, wie die Erde entstanden ist. Wenn so viel Wasserstoff schon während des Wachstums der Erde in den Kern gelangte, dann muss der Großteil davon sehr früh vorhanden gewesen sein. "Das spricht eher dagegen, dass der Wasserstoff von Kometen stammt, die erst nach der Entstehung in die junge Erde einschlugen", betont Murakami. Die Ergebnisse deuten zudem darauf hin, dass der Kern das größte Wasserstoffreservoir des Planeten sein könnte – grösser als Ozeane, Atmosphäre und Mantel zusammen. "Die Ergebnisse verbessern unser Verständnis der tiefen Erde. Sie liefern Hinweise darauf, wie Wasser und andere flüchtige Stoffe im frühen Sonnensystem verteilt wurden und wie die Erde zu ihrem Wasserstoff kam", erklärt Murakami.

Verborgener Wasserstoff im Kern könnte viele Prozesse im Erdinnern beeinflussen: vom Entstehen des Magnetfeldes bis zum langfristigen Austausch von Wasserstoff zwischen Kern und Mantel. Über Milliarden Jahre könnte ein Teil dieses tief gespeicherten Wasserstoffs langsam zur Oberfläche zurückkehren und Vulkanismus und die Dynamik des Erdmantels beeinflussen. Zudem helfen die Ergebnisse, Exoplaneten zu modellieren, da die Verteilung von Wasserstoff und anderen Elementen entscheidend dafür ist, ob ein Planet einen Metallkern besitzt oder kernlos bleibt. Und nicht zuletzt liefert die Studie neue Grundlagen für geochemische Modelle des Erdmantels und des globalen Wasserkreislaufs. "Das Wasser, das wir heute an der Erdoberfläche sehen, ist vielleicht nur die sichtbare Spitze eines gigantischen Eisbergs, tief im Inneren der Erde", betont der ETH-Professor.

 Die Studie wurde jetzt in einem Fachartikel in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.