Der Erdkern könnte seit Milliarden von Jahren Wasserstoff ausströmen

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Schematisches Modell zur Darstellung des Ursprungs von Isotopenanomalien in Basalten der ozeanischen Inseln. Quelle: Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aei4756

Als sich die Erde vor Milliarden von Jahren bildete, war ihr metallischer Kern von einer kugelförmigen Magmaozean aus geschmolzenem Gestein umgeben; dieser Ozeus kühlte sich schließlich ab und kristallisierte, wodurch der Erdmantel entstand. Wenn heute Mantelsäulen mit tiefen Wurzeln zur Oberfläche aufsteigen und Vulkaneruptionen auslösen, können die austretenden Laven Wasserstoff aus den Tiefen des Planeten enthalten.

Wasserstoff liegt in zwei stabilen Formen vor: dem Standard-Wasserstoff und einer schwereren Form, die als Deuterium bezeichnet wird. Während die meisten vulkanischen Gesteine relativ normale Isotopenverhältnisse von Wasserstoff aufweisen, zeigen einige Laven, die mit tiefen Mantelsäulen in Verbindung gebracht werden, ungewöhnlich niedrige Deuteriumverhältnisse.

Diese seltene Mischung hat eine lebhafte Debatte ausgelöst: Wurde dieses niedrige Deuterium-Signal während des Erstarrens der Magmaozean in der Frühzeit gebildet, oder stammt es aus dem Wasserstoff, der aus dem metallischen Erdkern ausgetreten ist?

Eine Reise in die geschmolzene Epoche der Erde

Eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Wenzhong Wang von der Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas, die sich mit dieser Frage beschäftigt, setzte fortschrittliche Computersimulationen ein, um die Bedingungen in tausenden Kilometern Tiefe unter der Erdoberfläche zu simulieren.

Das Team untersuchte, wie die zwei Formen des Wasserstoffs sich verhalten, wenn das geschmolzene Gestein abkühlt und sich in verschiedene Mineralien kristallisiert. Anschließend nutzten sie ihre Ergebnisse, um zu modellieren, wie sich die zwei Formen des Wasserstoffs in dem frühen Erdmantel verteilt haben.

In dem im Journal Science Advances veröffentlichten Artikel weisen die Forscher darauf hin, dass sich bei der Abkühlung und Kristallisation des antiken Magmas zwei Formen von Wasserstoff im Erdmantel relativ gleichmäßig verteilt haben. Obwohl es je nach Tiefe geringfügige Unterschiede im Verhältnis gab, gab es keine vergleichbare Erscheinung mit den ungewöhnlich niedrigen Deuteriumwerten, wie sie in vulkanischen Gesteinen an Orten wie der Baffin-Insel in der Arktis oder in Island gefunden wurden.

“Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Kristallisation des Magmaozeans im Erdmantel keine wesentliche Fraktionierung der Wasserstoffisotope verursacht,” sagen die Autoren der Studie.

Die Theorie des durchlöcherten Kerns

Dies bedeutet, dass das ungewöhnliche Isotopensignal nicht durch das Erstarren des Magmaozeans erklärt werden kann. Daher unterstützen die Forscher die Erklärung des Austritts aus dem Kern. Sie vertreten die Ansicht, dass Wasserstoff mit einem niedrigen Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis über Milliarden von Jahren aus dem metallischen Erdkern in den umgebenden Mantel eingedrungen sein könnte.

Ein weiterer Hinweis, der auf den Kern verweist, ist folgender: Bei einigen dieser vulkanischen Gesteine findet sich ein ungewöhnlich hohes Verhältnis von Helium-3 zu Helium-4. Helium-3 ist eine seltene Form des Heliums, die über Milliarden von Jahren im Erdkern erhalten geblieben sein könnte.

Die Ergebnisse stärken zwar die Theorie des aus dem Kern austretenden Wasserstoffs, doch wie das Material vom Kern zum Mantel gelangt, ist noch nicht vollständig geklärt.

Die Aufklärung der Mechanismen, die die Übertragung von Kernsignaturen in den Mantel ermöglichen, bleibt ein wichtiges Ziel für künftige Forschungen.

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Yu Zhang und Kollegen, Wasserstoffisotope zeigen Wasserverlust aus dem Kern, (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aei4756

Er hat einen Bachelor-Abschluss in Biologie der University of London erworben. Er ist ein BBC-Dokumentarfilmer mit Erfahrung in der Weltreise. Er arbeitet freiberuflich aus Südspanien. Vollständiges Profil →

Sie verfügt über einen Bachelorabschluss in Kunstgeschichte und einen Masterabschluss im Bereich des immateriellen Kulturerbes. Sie ist eine ehemalige Redakteurin eines Museums, Paramedikerin und Koordinatorin für Organtransplantation. Seit 2021 arbeitet sie als Redakteurin für Science X. Vollständiges Profil →

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