Ursache von geomagnetischen Schwankungen geklärt
Komplexes geodynamisches Modell weist auf eine ungewöhnliche Hüllschicht um den flüssigen Erdkern.
Simulationen, Modelle, Berechnungen: Nur über indirekte Verfahren können Geowissenschaftler ein wahrscheinliches Bild vom inneren Aufbau der Erde gewinnen. Kleine, bislang ungeklärte Schwankungen des Magnetfelds an der Erdoberfläche lieferten nun ein weiteres Stück Erkenntnis über den Erdkern. So gelang es nun dem amerikanischen Geophysiker Bruce Buffett von der University of California in Berkeley, ein genaueres Bild vom Aufbau des Erdkerns zu zeichnen, der offenbar von einer etwa 140 Kilometer dicken Schicht mit stetig abnehmender Dichte umhüllt ist. Aufwändige Modelle und Berechnungen, die Buffett zur Erklärung der kleinen Schwankungen des Magnetfelds entwickelt hatte, führten zu dieser detaillierten Strukturanalyse des äußeren Erdkerns in 2900 Kilometer Tiefe.
Abb.: Wie Simulationen des äußeren Erdkerns zeigen, sind Wellenbewegungen mit drei Komponenten für bisher ungeklärte Schwankungen des Erdmagnetfelds verantwortlich und weisen auf eine 140 Kilometer dicke Hülle um den äußeren Erdkern hin. (Bild: B. Buffett, UC Berkeley / NPG)
„Die geomagnetischen Fluktuationen an der Erdoberfläche werden wesentlich von einer Wellenbewegung auf der Oberfläche des Erdkerns verursacht“, sagt Buffett. Entdeckt wurden diese Magnetfeldänderungen, die innerhalb von sechzig Jahren relativ regelmäßig schwanken, schon vor gut vierzig Jahren. Doch die Ursache dafür blieb bislang im Dunkeln. Die Erklärung fand der Geophysiker nun in komplexen Wellen im äußeren Erdkern. Diese entstehen nach den Modellen durch das Zusammenspiel des dominierenden magnetischen Dipolfelds, der Auftriebskräfte der eisenreichen Schmelze und der Auswirkungen der Coriolis-Kraft. Die Ausbreitung dieser Wellen entspricht einer Überlagerung mehrerer Komponenten: einer radialen Bewegung, sowie einer azimuthalen und meridionalen Strömung.
Um schließlich mit diesen sogenannten MAC-Wellen – ein Kürzel für die magnetischen, archimedischen und der Coriolis-Kraft geschuldeten Anteile – die langjährige Schwankungsperiode der Magnetfelds an der Erdoberfläche erklären zu können, musste laut Buffett eine 140 Kilometer dicke Schicht, deren Dichte mit zunehmender Tiefe abnimmt, den flüssigen Erdkern umhüllen.
Buffett kann sein Modell sogar mit einem weiteren Indiz untermauern. Denn es erklärt eine weitere Schwankung des magnetischen Dipolfeld, für das Geophysiker bisher auch noch keine Erklärung gefunden hatten. Insgesamt liefert Buffett mit seiner Studie einen weiteren Baustein, um Aufbau und die komplizierte Dynamik tief im Innern der Erde besser zu erklären. Doch über andere Phänomene rund um das Erdmagnetfeld rätseln die Forscher noch heute. So polt sich das Erdmagnetfeld im Laufe von Jahrmillionen um, magnetischer Nord- und Südpol tauschen quasi ihre Plätze. Wie diese Umkehr, die vor 780.000 Jahren zum letzten Mal geschah, im Detail vor sich geht, ist ebenfalls noch nicht geklärt. Wahrscheinlich aber entwickelt das Erdmagnetfeld während einer Umkehr eine komplizierte Struktur mit mehreren Polen, bevor sich wieder ein dominierendes Dipolfeld mit vertauschtem Nord- und Südpol aufbaut.
Jan Oliver Löfken
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