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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.
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