Das Geheimnis des Erdkerns entschlüsseln: „3,8 % Kohlenstoff“ schützen die Welt? Eine geringe Menge Kohlenstoff bewegt die tiefsten Teile der Erde.

Die am 4. September 2025 in Nature Communications veröffentlichte Studie untersucht erneut mithilfe von atomaren Simulationen, wie der innere Erdkern zu "gefrieren begann" und legt nahe, dass "Kohlenstoff" eine entscheidende Rolle gespielt haben könnte. Während reines Eisen nicht die realistischen Unterkühlungsbedingungen für das Gefrieren bietet, könnte die Kristallisation beginnen, wenn etwa 3,8 % Kohlenstoff enthalten sind, was zu einer Unterkühlung von etwa 266°C führt, die mit der beobachteten Größe und den Eigenschaften des inneren Kerns übereinstimmt. Diese Kristallisation könnte auch in einem größeren Kontext mit dem Magnetfeld der Erde und der langfristigen Plattentektonik in Verbindung stehen. Diese Punkte werden auch in einem am 17. September von Phys.org veröffentlichten Artikel (eine Wiederveröffentlichung eines Beitrags von The Conversation) für die Allgemeinheit verständlich aufbereitet. Nature

Warum "Kohlenstoff": Die Physik des "Gefrierens" des inneren Kerns

• Die Barriere der Unterkühlung: Es wird angenommen, dass der innere Kern langsam vom flüssigen äußeren Kern "nach innen" gefriert und seine heutige Größe erreicht hat. Bei reinem Eisen wäre jedoch eine massive Unterkühlung von **800 bis 1000°C** erforderlich, was zu einem unnatürlich großen inneren Kern führen würde, ein Widerspruch. Phys.org

• Die Wirkung des Fe–C-Systems: Das Forschungsteam verfolgte die **Keimbildung** mittels Molekulardynamik. Bei 2,4 % Kohlenstoff sinkt die erforderliche Unterkühlung auf etwa 420°C, bei **3,8 % auf etwa 266°C**. Dies ermöglicht eine Vereinbarkeit mit den realistischen Abkühlungsbedingungen der Erdgeschichte und der aktuellen Größe des inneren Kerns. Phys.org

• Silizium/Schwefel wirken eher als Bremse: Häufig genannte Kandidaten wie Si und S verzögern die Keimbildung und erfordern tiefere Unterkühlungen. Eine Mischung aus **Fe–C–O(–Si)**, die auch O (Sauerstoff) und geringe Mengen Si enthält, könnte konsistent sein. Phys.org
  
  

Bedeutung im planetarischen Maßstab: Magnetfeld, Plattentektonik, Bewohnbarkeit

Das Wachstum des inneren Kerns ist Teil des "Motors", der das erdmagnetische Feld (Geodynamo) durch Konvektion im äußeren Kern antreibt. Das Magnetfeld schützt die Atmosphäre und die Ozeane vor dem Sonnenwind, und die Wärmeabgabe des inneren Kerns beeinflusst auch die Mantelkonvektion und die Plattenbewegungen. Eine genaue Bestimmung der chemischen Zusammensetzung des inneren Kerns würde unser Verständnis der langfristigen thermischen Geschichte der Erde und der Bedingungen, unter denen Leben bestehen konnte, erheblich voranbringen. Phys.org

Herkunft und Zuverlässigkeit der Forschung

• Studie: "Constraining Earth’s core composition from inner core nucleation" (Nature Communications, veröffentlicht am 4. September 2025, Open Access). Die Originalstudie berichtet detailliert über die Keimbildung und Unterkühlungsschätzungen bei Kohlenstoffeinmischung. Nature

• Presse und Kommentare: Veröffentlichungen der University of Oxford/University of Leeds, sowie allgemeine Erklärungen auf Phys.org und ScienceDaily wurden verbreitet. Die Hauptzahlen (2,4 % → etwa 420°C, 3,8 % → etwa 266°C, reines Eisen → etwa 1000°C) stimmen überall überein.
  
  
  

Was wissen wir? Was bleibt ungelöst?

• Was wir wissen

  • Kohlenstoff war wahrscheinlich der **"Zündmechanismus"** für den Beginn der Kristallisation des inneren Kerns.

  • Im Fe–C-System stimmt die Menge der Unterkühlung mit den Beobachtungen überein. Es passt auch zur aktuellen Größe und Dichte des inneren Kerns. Phys.org

• Was noch unbekannt ist

  • Die genaue Zusammensetzung der Elemente (neben C, wie viel O und Si?) ist noch nicht bestimmt.

  • Das Alter der Bildung des inneren Kerns (Theorien von etwa 2 Milliarden Jahren bis weniger als 500 Millionen Jahren) erfordert eine endgültige Einschränkung durch die Integration zukünftiger seismischer Daten, Hochtemperatur-Hochdruck-Experimente und numerische Dynamo-Modelle. Phys.org

• Beobachtungsgrenzen

  • Direkter Zugang zum Kern ist nicht möglich, daher müssen wir uns auf "indirekte Beweise" aus Experimenten, Simulationen und seismischen Wellen stützen. Deshalb ist es wichtig, dass sich mehrere unabhängige Methoden konvergieren. Phys.org
    
    

Reaktionen in sozialen Medien: Erwartungen, Missverständnisse, nüchterne Ergänzungen

• Überraschung und Verbreitung von Zusammenfassungen: Auf X (ehemals Twitter) stellten Influencer-Accounts die Studie kurz als "Der innere Kern wurde durch Kohlenstoff gebildet" und "3,8 % Kohlenstoff ist der Schlüssel" vor. Während dies zur Popularität beitrug, gab es auch übermäßige Vereinfachungen wie "besteht nicht aus Eisen, sondern aus Kohlenstoff". X (formerly Twitter)

• Interpretation in der Community: Auf Reddit, im r/geology-Forum, wurde die Studie als "einige Prozent Kohlenstoff fördern die Keimbildung" interpretiert, wobei der Mechanismus im Vordergrund stand. Es wurden technische Fragen wie "Stimmt das mit Dichte- und seismischen Einschränkungen überein?" diskutiert. Reddit

• Allgemeines Publikum durch Medien: Die Verbreitung über allgemeine Websites wie ScienceDaily und IFLScience, die **Schlüsselbegriffe (Kohlenstoff, Unterkühlung, Magnetfeld)** hervorhoben, trug zur Verbreitung bei. Zitate von Forscherkommentaren wurden in mehreren Medien wiederholt, was eine Basis für das Verständnis schuf. ScienceDaily
  
  

Leitfaden zum "Lesen" der Forschung

1. "Innerer Kern = fast nur Eisen" bleibt unverändert: Die Studie zeigt die Möglichkeit, dass **"Eisen mit einigen Prozent leichten Elementen wie Kohlenstoff gemischt ist". Es handelt sich nicht um die Aussage, dass der **"innere Kern hauptsächlich aus Kohlenstoff besteht". Phys.org

2. "Unterkühlung" als Auslöser: Wie stark abgekühlt werden muss, damit die Keimbildung beginnt, ändert sich je nach chemischer Zusammensetzung. Kohlenstoff beschleunigt die Keimbildung und senkt die Schwelle. Phys.org

3. Auswirkungen auf die Erdgeschichte: Die Diskussion darüber, wann der innere Kern entstand (alt oder jung?), erhält neue Hinweise für Ober- und Untergrenzen. Dies steht auch in indirektem Zusammenhang mit der Geschichte des Magnetfelds und der Lebensgeschichte. Phys.org##HTML_TAG_464