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Erdmagnetfeld : Zitternde Vektoren

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Der Geoforschungssatellit CHAMP Bild: GFZ Potsdam/Nasa Bildarchiv/T.Althaus

Bisher ging man davon aus, dass sich das Erdmagnetfeld nur sehr langsam verändert, so wie auch die verursachenden Konvektionsströme im Erdinneren. Doch nun fand man unerwartet starke kurzzeitige Schwankungen.

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          Das Magnetfeld der Erde ist keineswegs so unveränderlich, wie es die ruhige Kompassnadel vermuten lässt. Polarlichter und magnetische Stürme auf der Sonne führen zu kurzzeitigen Variationen des Vektors der magnetischen Feldstärke, die Minuten oder Stunden dauern können. Aber auch Veränderungen im tiefen Erdinneren sorgen für eine – wenngleich wesentlich langsamere – Änderung des Magnetfeldes. So wandern beispielsweise die magnetischen Pole um einige Dutzend Kilometer pro Jahr. Zwei Forscher haben nun erstmals nachgewiesen, dass Unregelmäßigkeiten innerhalb des Erdinneren auch zu Fluktuationen des Magnetfeldes führen können, die nur einige Tage oder Wochen anhalten.

          Der Ursprung des irdischen Magnetfeldes liegt im äußeren Erdkern. Diese Zone besteht aus einer geschmolzenen Legierung aus Eisen und Nickel. Sie beginnt unterhalb des Erdmantels in etwa 2900 Kilometer Tiefe und reicht bis zum inneren Erdkern in knapp 5000 Kilometer Tiefe. Die Hitze des Erdkerns sorgt dafür, dass es innerhalb dieser Zone zu Konvektionsbewegungen kommt. Die Konvektionsströme verhalten sich dabei wie elektrische Ströme, weil die Schmelze aus elektrisch leitfähigen Metallen besteht, und werden deshalb bei ihrer Bewegung von einem Magnetfeld begleitet.

          Auch schnelle Veränderungen

          Bisher hatten die Geowissenschaftler angenommen, dass die enorme Zähigkeit des Eisen-Nickel-Breis im äußeren Erdkern nur recht langsame Bewegungen zulässt, die sich an der Erdoberfläche in den extrem langsamen Veränderungen des Magnetfeldes äußern. Solche Sekularvariationen haben Perioden von Jahren oder Jahrzehnten. Dass es im äußeren Erdkern auch kurz anhaltende Änderungen geben kann, haben jetzt Nils Olsen vom dänischen Raumfahrtzentrum in Kopenhagen und Mioara Mandea vom Geoforschungszentrum in Potsdam nachgewiesen.

          Die Forscher haben dazu die Messreihen von drei Satelliten untersucht, welche die Erde seit einigen Jahren umkreisen. Diese Satelliten, darunter auch das deutsch-amerikanische Gemeinschaftsprojekt Champ, haben empfindliche Sensoren an Bord, mit denen die magnetische Feldstärke kontinuierlich gemessen wird. Die Messfühler zeichnen auf diese Weise nicht nur eine äußerst präzise Weltkarte des magnetischen Feldes auf. Mit den drei Satelliten haben die Forscher auch zeitliche Veränderungen des Magnetfeldes mit bisher unerreichter Genauigkeit erfasst.

          Aufwallende Felder

          Wie die beiden Wissenschaftler jetzt in der Zeitschrift „Nature Geosciences“ (Bd. 1, S. 390) schreiben, ereigneten sich im Messzeitraum mindestens zweimal zeitlich und örtlich begrenzte Aufwallungen des Magnetfeldes. Im Sommer des Jahres 2003 kam es unter dem Indischen Ozean zu einer flüchtigen, nur wenige Wochen dauernden Veränderung des Magnetfeldes. Knapp 15 Monate später fingen die Magnetnadeln unter dem südlichen Afrika an, für einige Monate zu schwanken.

          Die beiden Forscher simulierten diese Schwankungen des Erdmagnetfeldes mit Computerprogrammen, welche die Strömungen der Metallschmelze im äußeren Erdkern beschreiben. Unerwartet starke, aber nur kurz anhaltende Schwankungen in den Konvektionsströmen führten bei diesen Modellrechnungen zu den gemessenen Variationen des Magnetfeldes. Offen bleibt aber, welche Vorgänge im Erdinneren denn überhaupt dazu führen, dass die Schmelzströme tief unter unseren Füßen gelegentlich überschwappen.

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