Ich habe vergangenen Sommer ein Erdbeben erlebt in Griechenland, Stärke 7 auf der Richterskala. Ich sage euch, es hat sich angefühlt, als würde ein Riese unser Hotel durchschütteln. Wir sind rausgerannt und ich habe Leute gesehen, die vor Angst vom Balkon gesprungen sind. Manche haben die Nacht auf Matratzen am Pool geschlafen, weil sie nicht mehr zurück und ein Dach wollten. Aber von diesen Wellen, die damals unser Hotel durchgerüttelt haben, können wir eine Menge lernen. Was? Darum geht es heute bei Schneller Schlau, denn diese Wellen bleiben nicht an der Oberfläche, sondern wandern durch unseren Planeten und verraten, was im Inneren vorgeht. Ein Ort, den noch nie ein Mensch gesehen hat und wahrscheinlich auch niemals sehen wird und der auch für die Wissenschaft voller Rätsel ist. Doch in den letzten Jahren hat sich in der Forschung eine Menge getan. Was, das verrät uns heute mein Gast Tim Ruster, besser bekannt als Astro-Tim, der auf seinem YouTube-Kanal regelmäßig zum Erdkern berichtet. Herzlich willkommen, Tim! Ja, danke lieber Andreas. Ich freue mich sehr. Das Thema Erdkern fasziniert mich auch. Ich sage immer spaßeshalber, das Thema Erdkern ist mein Kerngebiet.

Um die Folge schon mal mit einem schlechten Wortwitz zu beginnen. Ja, schönes Wortspiel. Es gibt Schlimmere. Sag Tim, hast du auch schon mal ein Erdbeben erlebt? Bewusst tatsächlich nicht, aber.

Wie mir meine Mutter letztens erzählte, 1992, da war ich eins, da gab es hier im Rheinland das berühmte Erdbeben von Roermond und das hatte tatsächlich eine Stärke von 5,9 auf der Richterskala, also für die Region hier sehr, sehr stark. Ich kann mich nicht daran erinnern, aber ich war wohl dabei.

Okay, dann fangen wir doch mal ganz vorne an. Was steckt eigentlich da drin in der Erde, was wir erforschen können durch ein Erdbeben? Soweit ich weiß, besteht der Mittelpunkt der Erde aus einem Eisenkern, ist das richtig? Genau, so kann man das sagen. Also ganz grob kann man sagen, der Erdkern besteht aus zwei Teilen. Außen ist ein flüssiger Kern aus einer Eisenlegierung und der beginnt in etwa 2900 Kilometern Tiefe. Und da drinnen, also noch weiter innen im Kern, da ist dann ein fester innerer Kern. Und der hat einen Durchmesser von 2400 Kilometern. Das ist ungefähr so groß wie der Mond, muss man sich mal vorstellen. Also wir reden hier von gigantischen Strukturen. Und der Druck dort unten ist auch gigantisch, dreieinhalb Millionen mal so hoch wie der Luftdruck hier an der Oberfläche. Die Temperatur liegt bei 5000 bis 6000 Grad, also wirklich absolut extreme Bedingungen. Okay, also das heißt 5000 bis 6000 Grad Celsius, das ist ähnlich heiß wie die Oberfläche der Sonne. Genau, und trotzdem ist es aber dort fest, weil der Druck so extrem ist, dass sich das Eisen nicht verflüssigen kann. Okay, nun ist keine Sonde, kein Bohrer und erst recht kein Mensch jemals so tief in die Erde vorgedrungen und trotzdem bekommt man Daten ab.

Woher kommen die? Wie kriegt man das hin? Ja, vor allem über Erdbeben. Also man kann sich vorstellen, jemand klopft auf eine Wassermelone. So ein ganz simples Beben. Am Klang hört man ja dann, so auf dem Marktplatz, wenn man das mal macht, ob sie hohle ist, ob sie reif ist. Und bei Erdbeben ist das genauso. Das ist wie das Klopfen, die Erdbeben, und die Erde ist die Wassermelone. Und die Wellen, die bei einem Beben entstehen, die durchqueren den kompletten Planeten, die komplette Wassermelone, könnte man sagen. An Schichtgrenzen werden sie gebrochen, reflektiert, verlangsamt oder beschleunigt. Und Seismometer an der Oberfläche zeichnen dann auf, wie die Wellen ankommen. Und aus diesen Mustern können wir dann auf das Innere des Planeten schließen. Okay, also muss ich mir das so ähnlich vorstellen wie einen CT-Scan der Erde. Ist das ein guter Vergleich? Genau, exakt so ist es. Nur, dass wir beim menschlichen CT den Scanner aktiv betreiben. Bei der Erde müssen wir eben geduldig lauschen und warten, bis sie sich selbst erschüttern.

Okay, sag mal, und was hat man dabei bislang entdeckt? Ist das Innere der Erde so, wie man sich das immer vorgestellt hat, wie man es sich erwartet hat? Ja, da gibt es tatsächlich alle paar Jahre wirklich revolutionäre neue Erkenntnisse. Lange galt der innere Kern als sehr schlicht und symmetrisch. Eine gleichmäßige Eisenkugel träge und unbeweglich. Aber je mehr Daten gesammelt wurden, desto mehr Risse bekam dieses Bild. In den 80er Jahren dann fiel auf, Erdbebenwellen durchqueren den inneren Kern nicht in alle Richtungen gleich schnell. Je nach Winkel brauchen sie unterschiedlich lang.

Okay, das klingt jetzt aber für mich irgendwie seltsam, denn im Prinzip ist doch Eisen gleich Eisen. Also woher der Unterschied?

Genau, das könnte man meinen und deswegen dachte man auch vorher eben, der Erdkern wäre so symmetrisch. Aber das zeigt, dass die Eisenkristalle im Kern nicht zufällig orientiert sind, sondern sie sind ausgerichtet. Das nennt man Anisotropie.

Und es wird noch spannender, die westliche Hälfte des inneren Kerns verhält sich anders als die östliche. Und es gibt Hinweise auf eine innerste innere Kugel, den sogenannten Innermost Inner Core, mit nochmals eigenen Eigenschaften. Okay, das Ganze wird immer komplizierter, je tiefer man geht. Für mich klingt es so, als hätte die Erde so eine Art Zwiebelstruktur. Genau, eine Zwiebel aus Eisen, 5000 Kilometer unter unseren Füßen. Okay, und jetzt zu der Frage, die mich am meisten beschäftigt. Sag, rotiert der Erdkern eigentlich mit? Also dreht er sich mit dem Rest der Erde? Das ist die heiß diskutierte Frage in der Erdkern-Forschungs-Community. Seit den 90er Jahren gibt es Hinweise, dass der innere Kern sich ein bisschen schneller dreht als der Rest der Erde. Dann kamen Studien, die sagten, nein, eigentlich dreht er sich langsamer. Und heute gibt es ernstzunehmende Modelle, die besagen, er oszilliert. Also er pendelt vor und zurück wie so eine Art planetares Pendel. Also du meinst wie bei so einer alten Standuhr, aber der Erdkern hängt ja nicht an irgendeinem Faden oder einer Kette. Wie soll das funktionieren? Genau, aber er ist vom äußeren Kern durch flüssiges Eisen getrennt. Und es gibt keine stache Kopplung wie bei zwei Zahnrädern zum Beispiel. Man kann es sich vorstellen wie eine geschichtete Kugel, deren Schichten aneinander vorbeigleiten können, ohne Reibung. Und warum sollten die im selben Takt rotieren?

Und wie kann man das messen? Kann man das überhaupt messen? Ja, das kann man messen. Und man kann das nur deshalb messen, weil der Kern anisotrobes, also in verschiedene Richtungen unterschiedliche Eigenschaften hat. Eine perfekt symmetrische Kugel würde ihre Rotation schlicht nicht verraten. Aber insgesamt ist bei etwas, das wir ja nur indirekt beobachten können, natürlich trotzdem ein sehr großer Unsicherheitsfaktor vorhanden. Ich habe vor kurzem ausführlich mit dem Erdkernforscher Sheng Wang von der ETH Zürich über seine Arbeit gesprochen. Und er hat mir gesagt, dass er sich bei Hypothesen über den Erdkern immer extrem zurückhält und sich immer fragt, ob es noch eine einfachere Erklärung gibt.

Jetzt hast du mir erzählt, dass Sheng Wang sogar eine Methode entwickelt hat zur Erforschung von Planetenkernen. Also nicht dem Kern der Erde, sondern von weit entfernten Planeten. Wie funktioniert das denn? Ja genau, wie du sagst, die Entfernung ist hier im Prinzip das Problem. Die Planeten sind natürlich unfassbar weit weg und auf der Erde.

Da können wir ja viele Messstationen aufstellen. Das ist kein Problem. Es gibt tausende Seismometer. Aber auf dem Mond oder auf dem Mars? Eine einzige seismische Messstation der Mars-Mission Inside hat rund eine Milliarde Dollar gekostet. Muss man sich mal vorschicken. Also Dutzende davon dahin zu schicken, ist unrealistisch. Okay, und wie hat Wang denn das Problem dann gelöst, um seine Messungen durchzuführen? Statt viele Empfänger zu nutzen, vergleicht er zwei Quellen, also zwei Erdbeben miteinander und schaut sich dann die Ähnlichkeit ihrer Signale an einem einzigen Empfänger an. Das nennt sich Inter-Source-Korrelation kombiniert mit dem Prinzip der Reziprozität. Okay, Moment. Also Tim, jetzt wird es kompliziert. Reziprozität, das musst du jetzt ein bisschen genauer erklären. Nicht jeder von uns ist Erdkernexperte. Der ist gar nicht so kompliziert eigentlich. Man kann sich einfach vorstellen, der Schall von A nach B braucht ja genauso lange wie von B nach A. Das bezeichnet diese Reziprozität. Und mit dieser Methode kann man den Radius des Erdkerns auf 3480 Kilometer bestimmen, was stimmt, und mit den Inside-Daten den Maßkern auf 1812 Kilometer schätzen. Und beides wurde durch unabhängige Gemessungen bestätigt. Okay, das heißt, man kann also wirklich das Innere eines Planeten mit einer einzigen Messstation erforschen. Genau, genau so ist es und das eröffnet natürlich völlig neue Möglichkeiten für die Erforschung anderer Welten.

Genau. Und jetzt zu der Frage, was bedeutet all das denn hier oben an der Erdoberfläche für die Forschung? Das klingt natürlich alles total theoretisch und einige Zuhörer werden jetzt schon wieder fragen, was das alles nützt. Aus meiner Sicht hat es wichtige praktische Implikationen, denn der Erdkern ist ja kein toter Metallklumpen. Der wächst seit Milliarden von Jahren. Der innere Kern erstarrt langsam weiter und die dabei freigesetzte Wärme, die treibt Strömungen im flüssigen äußeren Kern an. Und genau diese Strömungen erzeugen das Magnetfeld der Erde. Das ist ja unser Schutzschild, das uns zum Beispiel vor dem Sonnenwind bewahrt. Also der feste Kern ist gewissermaßen unser Lebensretter? Ja, man kann sagen, er wirkt wie ein Stabilisator des Magnetfelds. Und das Abkühlen des Kerns ist wie ein Wärmemotor. Eine thermisch angetriebene Dynamik, die alles in Gang hält. Was eine mögliche Oszillation des inneren Kerns für das Magnetfeld oder sogar für die Tageslänge bedeuten würde, ist noch nicht vollständig geklärt, aber ist eine spannende Fragestellung.

Nun leben die Erdkernforscher ja alle mit der Tatsache, dass sie das Objekt ihrer Forschung niemals zu Gesicht bekommen werden. Jetzt erklär mir mal, was ist so faszinierend an diesem Forschungsfeld, das man ja eigentlich gar nicht sehen kann. Hast du darüber mal mit denen geredet? Genau das habe ich Dr. Wang auch gefragt und er hatte dafür eine sehr schöne bildliche Erklärung. Ich zitiere ihn einfach mal. Er sagt, wenn ich ein Ei koche, dann sehe ich sofort einen Eiplaneten vor mir mit weißem Mantel und gelbem Kern. Wenn ich Suppe mache, denke ich daran, wie viel Wasser den Geschmack bestimmt, genau wie planetare Zusammensetzungen die Konvektionsströmungen im Inneren beeinflussen. Wir sind nicht nur Wesen mit Augen und Ohren, wir haben Verstand genug, um neue Sinnesorgane zu erschaffen, um das Innere der Erde zu sehen, auch wenn wir es niemals berühren können. So hat er das formuliert und ich finde, das beschreibt die Faszination sehr gut. Ja, das ist wirklich ein wunderschönes Bild. Der am schwersten zugängliche Ort unseres Planeten und trotzdem verrät er sich durch Wellen, die er durch uns hindurch schickt gewissermaßen. Das wäre ja vielleicht auch eine Lösung, um Eier mal perfekt zu kochen, um bei Wangs Bild zu bleiben.

Genau, man muss nur wissen, wie man diesen Wellen richtig zuhört. Okay, lieber Tim, damit sind wir am Ende dieser Folge schneller schlau. Herzlichen Dank für diese Reise zum Mittelpunkt der Erde. Ja, danke dir, Andreas. Es war mir wie immer eine Freude. Und euch da draußen danke ich fürs Zuhören. Damit verabschieden wir uns bis zur nächsten Folge. Wer Wissenschaft auf der Bühne erleben will, sollte in unsere Shownotes schauen. Dort gibt es einen Link mit allen Veranstaltungsdaten unseres Partners Science Slam. Das ist jedes Mal eine großartige Show, wenn Wissenschaftler in 10 Minuten auf der Bühne ihr Fachgebiet präsentieren. Ansonsten freuen wir uns auf eure Kommentare, auf gute Bewertungen. Ich sage tschüss, bleibt neugierig und tschüss.