Worum es geht

Der Erdkern könnte der größte Wasserstoffspeicher unseres Planeten sein – deutlich größer als alle Ozeane zusammen. Ein Forschungsteam schätzt, dass im Kern 0,07 bis 0,36 Gewichtsprozent Wasserstoff stecken könnten. Umgerechnet entspricht das grob 9 bis 45 „Ozeanen“ Wasser (als Vergleichsgröße für die enthaltene Wasserstoffmenge).

Diese Zahl ist nicht nur eine geochemische Kuriosität. Sie verschiebt eine zentrale Debatte der Erdwissenschaften: Kam das Wasser (bzw. sein Wasserstoff) überwiegend früh während der Planetenbildung – oder erst später durch Kometen und andere Einschläge? Die neuen Daten stützen klar das Szenario, dass ein großer Teil sehr früh in den entstehenden Kern gelangte.

Was an der Studie neu ist

Wasserstoff ist extrem schwer zu messen, besonders in Materialien, die Bedingungen des tiefen Erdinneren simulieren. Frühere Laborarbeiten mussten Wasserstoff oft indirekt abschätzen – etwa über die Gitteraufweitung von Eisenkristallen, wenn Wasserstoff eingelagert wird. Das Problem: In realistischen Kernbildungs-Szenarien sind gleichzeitig auch andere „leichte“ Elemente wie Silizium und Sauerstoff beteiligt, die die Struktur ebenfalls verändern und solche Rückschlüsse verzerren können.

Das Team um Dongyang Huang (u. a. Peking University) kombiniert deshalb zwei Dinge: Hochdruck-/Hochtemperatur-Experimente, die Kernbildungsbedingungen nachahmen, und eine Messmethode, die Wasserstoff im Material sehr viel direkter sichtbar macht.

So wurde gemessen

Die Forschenden führten Metall-Silikat-Verteilungs-Experimente durch, also Experimente, die das „Aussortieren“ von Elementen zwischen metallischem Kernmaterial und silikatischem Mantelmaterial nachstellen. Dafür nutzten sie laserbeheizte Diamantstempelzellen, mit denen sich Drücke und Temperaturen erzeugen lassen, wie sie in frühen Magmaozeanen während der Erdentstehung plausibel sind.

Der entscheidende zweite Baustein ist Atomsondentomographie (Atom Probe Tomography, APT). Damit lässt sich die Zusammensetzung winziger Nanostrukturen dreidimensional kartieren. In den zurückgewonnenen Proben fanden die Forschenden Wasserstoff direkt in silizium- und sauerstoffreichen Nanostrukturen innerhalb der Eisenlegierung – ein Hinweis auf eine gekoppelte „Mitnahme“ von Si, O und H in den wachsenden Kern.

Ergebnis und Interpretation

Aus dem beobachteten Verhältnis von Silizium zu Wasserstoff in diesen Strukturen (nahe 1:1) und aus geochemisch plausiblen Bereichen für den Siliziumgehalt des Kerns leitet das Team die Spanne von 0,07–0,36 Gewichtsprozent Wasserstoff im Kern ab. Daraus ergibt sich die vielzitierte Größenordnung von 9–45 Ozeanen.

Die Studie interpretiert das als starkes Indiz dafür, dass der Wasserstoff während der Hauptphase der terrestrischen Akkretion in den Kern gelangte – also bevor der Kern vollständig „fertig“ war. Wäre Wasserstoff erst deutlich später vor allem durch Kometen geliefert worden, würde man (vereinfacht) mehr davon in den äußeren Reservoiren erwarten, nicht ausgerechnet im Kern als größtem Speicher.

Was ist daran unsicher

So eindrucksvoll die Zahl klingt: Die Autorinnen und Autoren betonen mehrere Unsicherheitsquellen. Dazu gehört erstens die Quantifizierung von Wasserstoff in der Atomsonde, weil selbst Restwasserstoff aus der Messumgebung einen messbaren Anteil beitragen kann. Zweitens ist nicht vollständig geklärt, wie viel Wasserstoff außerhalb der beobachteten Nanostrukturen im Eisen „Matrix“-Material sitzt oder beim Entspannen der Probe entweichen kann. Drittens hängt die Hochrechnung stark daran, wie gut der Siliziumgehalt des Erdkerns eingegrenzt ist und ob in der realen Akkretion überhaupt genügend Wasserstoff verfügbar war, um das beobachtete Verhältnis durchgängig zu erreichen.

Wichtig ist auch: Das Ergebnis ist ein Labor- und Modellschluss über einen Prozess vor etwa 4,5 Milliarden Jahren. Es ist keine direkte Messung des heutigen Kerns, sondern eine experimentell gestützte Abschätzung, die besser sein will als frühere indirekte Methoden – aber weiterhin von Annahmen lebt.

Warum das für das „Wasserproblem“ der Erde relevant ist

Wenn tatsächlich so viel Wasserstoff im Kern steckt, verändert das die Massenbilanz: Dann wäre der Kern nicht nur metallisch, sondern zugleich ein gigantisches, für uns unerreichbares „Archiv“ der frühen Wasserlieferung. Das passt zu Szenarien, in denen Wasser nicht erst spät „nachgereicht“ wurde, sondern schon während der Planetenentstehung über wasserhaltige Bausteine oder über Wechselwirkungen zwischen früher Atmosphäre und Magmaozean eingebunden wurde.