Die gemeinsame Entwicklung vom Mantel und Kern im Laufe der Erdgeschichte

• Antragsteller: Dr. Nicola Tosi
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521319695

Seismische Beobachtungen bieten eine Momentaufnahme der Struktur, des thermischen Zustands und der Zusammensetzung des heutigen Erdkerns, während paläomagnetische Messungen grundlegende Hinweise auf die Existenz, die Intensität und die Eigenschaften des durch den Dynamo erzeugten Magnetfelds über geologische Zeiträume hinweg liefern, vom Archaikum bis heute. Für eine gegebene Kernstruktur geben numerische Modelle des Geodynamos Aufschluss über die Mechanismen der Magnetfelderzeugung auf Zeitskalen von bis zu Millionen von Jahren, während die globale Entwicklung des Kerns in erster Linie durch den Wärmetransport aus dem festen Mantel gesteuert wird, der auf Zeitskalen von Hunderten von Millionen bis Milliarden von Jahren arbeitet. Um die Struktur, den thermischen Zustand und die Zusammensetzung des heutigen Kerns und im Laufe der Zeit zu verstehen, sind Erkenntnisse aus theoretischen Modellen der gekoppelten Entwicklung von Kern und Mantel erforderlich. Bestehende Modelle zur Entwicklung des Kerns im Laufe der Erdgeschichte sind bereits sehr weit fortgeschritten. In diesen Modellen wird die Rolle des Mantels jedoch häufig übersehen, da sie sich auf einfache thermische Entwicklungen beschränken, die die Komplexität und die großen Unsicherheiten im Zusammenhang mit der Effizienz, mit der der Mantel die Abkühlung des Kerns und seine Verfestigung vorantreibt, umgehen. Darüber hinaus vernachlässigen die meisten Modelle die Auswirkungen der Erstarrung eines mutmaßlichen basalen Magmaozeans (BMO), dessen Existenz in fast allen Kernmodellen vorausgesetzt wird, um die zahlreichen Einschränkungen zu erfüllen, die mit der Entwicklung des geomagnetischen Feldes und dem heutigen Zustand des Kerns verbunden sind. In diesem Projekt werden wir ein umfassendes eindimensionales numerisches Modell der gekoppelten thermo-chemischen Entwicklung von festem Mantel, BMO und Kern im Laufe der Erdgeschichte entwickeln. Wir werden Beobachtungen zur Struktur, Zusammensetzung, Entwicklung und thermischen Eigenschaften des Kerns nutzen, die aus der Seismologie, dem Paläomagnetismus, der Magnetfeldmodellierung und der Mineralphysik stammen. Parallel dazu werden wir geologische, petrologische und mineralphysikalische Erkenntnisse über die Zusammensetzung und Entwicklung des Silikatmantels und deren Einfluss auf den Kern berücksichtigen. Auf diese Weise werden wir eine kohärente Beschreibung der langfristigen Entwicklung des tiefen Erdinneren liefern, die Kopplung zwischen Erdmantel und Erdkern aufklären und die zahlreichen Trade-offs aufzeigen, die durch die großen Unsicherheiten bei den Modellparametern und die kaum bekannten Prozesse im Zusammenhang mit der thermochemischen Geschichte der beiden großen Reservoirs der Erde verbunden sind.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2404: Rekonstruktion der Dynamik des tiefen Erdinnern über geologische Zeiträume (DeepDyn)
• Mitverantwortliche: Professorin Dr. Doris Breuer; Dr. Tina Rückriemen-Bez