Verschiebung des magnetischen Nordpols

josef

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#1
Bewegungen des magnetischen Nordpols lassen Forscher rätseln


andrew revkin
Der ehemalige NYTimes-Wissenschaftsjournalist Andrew Revkin in unmittelbarer Nähe des Nordpols. Wo der genau liegt, ist mit einem Kompass vor Ort nicht zu bestimmen: Das liegt auch daran, dass der magnetische Nordpol sich bewegt – so wie das Eis über dem geografischen Nordpol.

Der arktische Magnetpol hat sich in den letzten Jahren beträchtlich verschoben, was sich auch auf Google Maps auswirkt
Ganz im Norden unseres Planeten tun sich seltsame Dinge: Seit Mitte der 1990er-Jahre bewegt sich der magnetische Nordpol – wissenschaftlich exakter: der arktische Magnetpol – viel schneller als in den Jahrzehnten zuvor. Die letzten zwei Jahrzehnte war er mit rund 50 Kilometern pro Jahr, also immerhin mehr als 100 Meter pro Tag, von Kanada in Richtung Sibirien unterwegs. Im Moment dürfte er sich eher zufällig gerade im arktischen Meer in nächster Nähe zum geografischen Nordpol befinden.


grafik: cavit
Die Bewegungen des arktischen Magnetpols seit 1590.

Wohin und wie schnell sich der arktische Magnetpol weiterbewegt, ist aber unklar. Aus diesem Grund gibt es geringe Abweichungen bei Navigationsgeräten, was sich vor allem in hohen Breitengraden auswirken kann. Aber auch Navigationshilfen auf vielen Smartphones inklusive Google Maps dürften aus diesem Grund nicht mehr exakt stimmen, denn sie basieren vielfach auf dem sogenannten World Magnetic Model (WMM), das 2015 zum bisher letzten Mal erstellt wurde.

Dessen nächste Auflage war eigentlich erst für 2020 vorgesehen. Doch aufgrund der unvorhersehbaren Bewegungen des arktischen Magnetpols und des Erdmagnetfelds ganz generell hatten sich die Experten der Nationalen Ozean- und Atmosphärenbehörde (NOAA) der USA schon Anfang 2018 dazu entschlossen, bereits Anfang 2019 für eine aktualisierte Version des WMM zu sorgen.


grafik: british geological survey
Die Abweichungen des Erdmagnetfelds laut der letzten Analyse 2015.

Diese Präsentation war bereits für vergangene Woche geplant, aber auch den Forschern kam Unvorhergesehenes dazwischen: der von US-Präsident Trump verursachte Shutdown der US-Bundesbehörden, von dem auch die NOAA betroffen ist.

Semistabiler Erdmagnetismus
Der Erdmagnetismus unseres Planeten wird hauptsächlich von Strömen flüssigen Eisens unterhalb der Erdkruste verursacht, die sich im Laufe der Zeit verändern. Das magnetische Feld ist einigermaßen stabil, dennoch kommt es immer wieder zu Umpolungen, sogenannten "Polsprüngen".

bratislav metulskie

Das dürfte in jüngerer Zeit im Mittel etwa alle 250.000 Jahre geschehen sein: Die letzte Polumkehr ist aber schon wieder einige Jahre her. Das war die sogenannte Brunhes-Matuyama-Umkehr vor 780.000 Jahren. Untersuchungen deuten darauf hin, dass die damalige Polumkehr sich innerhalb von nur rund 100 Jahren vollzog.

Ob wir uns womöglich wieder auf so eine Polumkehr hinbewegen, wurde in den vergangenen Jahren immer wieder diskutiert. Tatsache ist, dass es kurz nach der letzten Neukartierung im Jahr 2015 zu einem geomagnetischen Ausschlag unter Südamerika kam, der nicht von Modellrechnungen vorhergesagt, aber von Esa-Satelliten entdeckt wurde.

Gründe für die Wanderungen
Auch die Frage, warum sich der arktische Magnetpol zuletzt so schnell bewegte, ist unklar.


cavit
Das Tempo der Wanderungen des magnetischen Nordpols in den letzten gut 100 Jahren.

Wissenschafter vermuten, dass hinter den dramatischen Veränderungen der vergangenen Jahre zum einen sogenannte "hydromagnetische Wellen" stecken könnten, die aus dem Inneren der Erde nach außen schwappen. Die schnelle Bewegung des arktischen Magnetpols könnte zudem mit einer besonders schnellen Strömung flüssigen Eisens tief unter Kanada zu tun haben. Aber deuten sie auch auf einen Polsprung hin?

Es gibt aber auch noch andere Spekulationen: Der Geophysiker Phil Livermore (Universität Leeds) vermutet hinter dem Phänomen des wandernden Pols zwei Magnetfeldflecken, von denen sich einer unter Sibirien und einer unter Kanada befindet. Auf diese Weise würde es eine Art "Tauziehen" geben – mit einem absehbaren Sieger: "Der sibirische Fleck gewinnt den Wettbewerb", sagte Livermore im Dezember auf einer Tagung der Amerikanischen Geophysikalischen Gesellschaft, wie das Wissenschaftsmagazin "Nature" berichtete.

Relativ geringe Abweichungen
Die Navigation ist durch dieses doppelte Tauziehen – einerseits zwischen den beiden Flecken und andererseits zwischen Trump und den Demokraten – vor allem rund um den Nordpol stark beeinträchtigt. In bewohnten Gebieten im hohen Norden hingegen liegen die Abweichungen bei unter einem Grad, sind also recht gering. In Rohform liegen die neuen Daten übrigens schon vor, bereitgestellt vom British Geological Survey. Doch die Software, die eine Anwendung im Alltag erleichtert, wird von den US-Kollegen geliefert – was sich wegen der Regierungspause verspätet. Wenn es nach der NOAA geht, nur bis zum 30. Jänner. (Klaus Taschwer, 22.1.2019)
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#3
..und beim ORF:

Magnetischer Pol wandert
Nordpol läuft Wissenschaft davon
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Der magnetische Nordpol, der unter anderem dafür verantwortlich ist, in welche Richtung ein Kompass zeigt, wandert. In den letzten Jahren war er deutlich schneller unterwegs als erwartet – deshalb musste die Wissenschaft nun vorzeitig reagieren und ihre Berechnungen anpassen. Das hat auch Auswirkungen auf die Luftfahrt und das Militär.
Online seit heute, 21.38 Uhr
Normalerweise wird das World Magnetic Model alle fünf Jahre herausgegeben, um auf Änderungen des magnetischen Nordpols reagieren zu können – zuletzt 2015. Damals wurde erwartet, dass die jährliche Änderung wie in den Jahren zuvor weiter abnimmt – stattdessen wanderte der Pol jedoch schneller Richtung Russland. Statt im kommenden Jahr veröffentlichten US- und britische Behörden ihr neues Modell nun am Montag.

Die Position verändert sich momentan um rund 55 Kilometer pro Jahr. Über die Jahrhunderte kam er dem geografischen Nordpol immer näher, erst 2017 überschritt der arktische Magnetpol die Datumsgrenze, jetzt bewegt er sich von kanadischem Territorium nach Sibirien. „Das Problem ist nicht, dass sich der Pol bewegt, sondern dass er sich so schnell bewegt“, so der britische Geophysiker William Brown gegenüber der „New York Times“. Je schneller – oder langsamer – sich der Pol bewegt, desto schwieriger wird es, „vorherzusagen, wo das Ding sein wird“.

Grafik: APA/ORF.at; Quelle: NOAA
Zuletzt wurde der magnetische Nordpol 2007 an Ort und Stelle gemessen. Expeditionen gestalten sich schwierig, je weiter sich der Pol von bewohntem Gebiet entfernt.

Auswirkungen auf Smartphone und Flugzeug
Betroffen von den Änderungen sind zunächst vor allem Kompasse, die sich aber in vielen verschieden Geräten finden: Sie kommen in Smartphones ebenso zum Einsatz wie in der Flugnavigation. Dort dienen sie vor allem als Reserve, falls andere Navigationssysteme ausfallen. Das Satellitennavigationssystem GPS ist von der Polwanderung jedoch kaum betroffen – Kompasse helfen lediglich dabei, die Richtung, in die man sich bewegt, schneller zu ermitteln.
Durch seine Funktion in der Navigation ist der magnetische Norden damit auch für das Militär von Bedeutung. Das erklärt auch, warum das World Magnetic Model unter anderem von der National Geospatial-Intelligence Agency veröffentlicht wird – einer US-Behörde, die Karten für militärische und geheimdienstliche Zwecke auswertet.

Auch Bodenmarkierung auf Flughäfen betroffen
Wirklich sichtbare Auswirkungen hat der wandernde Nordpol unterdessen in der Luftfahrt: Landebahnen werden nämlich nach ihrer Ausrichtung zum magnetischen Norden nummeriert. Die Bezeichnungen finden sich prominent an beiden Enden der Piste.
Reuters/Larry Downing
Die Bezeichnung von Landebahnen orientiert sich an der Kompassrose – und muss daher manchmal geändert werden

Dadurch, dass sich der magnetische Pol über Jahrzehnte Richtung Sibirien bewegte, musste erst letztes Jahr etwa der Flughafen in Genf seine Nummerierung ändern: Der fast 100 Jahre „05/23“ bezeichnete Landestreifen wurde in „04/22“ umbenannt. Das ist mit enormen Kosten verbunden: Neben der Markierung selbst müssen Beschilderungen und Dokumentation aktualisiert werden. Die „New York Times“ schätzt, dass solche Änderungen Hunderttausende US-Dollar kosten.

Flüssiges Eisen verändert Magnetfeld
Vor knapp 400 Jahren entdeckte der britische Mathematiker Henry Gellibrand, dass sich der magnetische Nordpol über die Jahre mehrere hundert Kilometer bewegt hat. Zuerst kam er dem geografischen Nordpol immer näher, später bewegte er sich wieder von ihm weg – für die Wissenschaft ein großer Moment, wie der Geophysiker Andrew Jackson von der ETH Zürich der „New York Times“ sagt. Noch immer gebe es kein Modell, das verlässlich vorhersagt, wie sich das Magnetfeld der Erde verändert, so Jackson.
Dass es sich überhaupt ändert, liegt laut Forscherinnen und Forschern an flüssigem Eisen im Erdinneren. Dieses steigt, kühlt ab und sinkt dann wieder – durch die Bewegung verändert sich auch das Magnetfeld der Erde. Damit sei es letztlich eher wie das Wetter, so Daniel Lathrop von der Universität Maryland. „Wir könnten es auch einfach magnetisches Wetter nennen.“ Und: Im Gegensatz zum magnetischen Nordpol bewegt sich der Südpol wesentlich langsamer.

Polumkehr könnte in ferner Zukunft bevorstehen
Dass sich die Pole bewegen und auch ganz allgemein das Magnetfeld der Erde schwächer wird, führt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zur Annahme, dass es zu einer Polumkehr kommen könnte. Das ist in der Geschichte der Erde schon einige Male passiert – allerdings nicht in den letzten 780.000 Jahren.
„Die Frage ist nicht, ob sich das Magnetfeld umkehrt, die Frage ist, wann es das tun wird“, so Lathrop. Es würde aber nicht zu einer sofortigen Umkehr kommen, sondern könnte 1.000 Jahre oder länger dauern – genug Zeit, um sich auf den Fall der Fälle vorzubereiten.
Viele Expertinnen und Experten gehen jedenfalls davon aus, dass eine Umkehr nicht unmittelbar bevorsteht – und selbst wenn, wäre das keine Apokalypse, so das Fazit der „New York Times“: Obwohl das Magnetfeld Schutz vor der Strahlung der Sonne bietet, zeigen Fossilien keine Anzeichen, dass es bei vergangenen Umkehrungen der Pole zu Massensterben kam. „Von allen Problemen die wir haben, ist das kein Top-Ten-Problem“, so ein Geophysiker abschließend.
red, ORF.at/Agenturen

Links:
Magnetischer Pol wandert: Nordpol läuft Wissenschaft davon

Aktuell in
 

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#4
GEOLOGISCHES ARCHIV
Fossiles Holz verrät neue Details zur letzten Umpolung des Erdmagnetfelds
Isotopenanalysen bringen neue Einblicke in das Ereignis, das vor 42.000 Jahren seinen Ausgang nahm

Das Erdmangetfeld schützt unseren Planeten vor kosmischer Strahlung – stabil ist es nicht immer.
Illu.: Esa/Aeos Medialab

Die bisher letzte vollständige Umpolung des Erdmagnetfelds vor rund 42.000 Jahren hat sich nach neuesten Erkenntnissen von Wissenschaftern über einen Zeitraum von rund 1.250 Jahren vollzogen. Das berichtetet ein internationales Forscherteam mit Beteiligung des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) in Bremerhaven im Fachblatt "Science".

Demnach lieferten die Untersuchungen bisher unbekannte Details zur zeitlichen Abfolge des sogenannten Laschamp-Ereignisses. Die Studie stützte sich dabei auf die Verknüpfung verschiedener Datensätze, darunter Radiokarbonanalysen eines in einem Sumpf im nördlichen Neuseeland gut konservierten Kauri-Baums aus der damaligen Zeit.

Isotopenanalysen
Anhand der Schwankungen der Isotopenmenge in solchen natürlichen Archiven lassen sich Änderungen im Erdmagnetfeld nachvollziehen, weil deren Entstehung in der Atmosphäre von der Stärke kosmischer Strahlung beeinflusst wird. Dabei konnten mit den Ergebnisse der Baumanalyse bereits vorliegende Analysen besser kalibriert werden.


Ein fossiler Kauri-Baum aus Ngawha, Neuseeland.
Foto: Nelson Parker

Nach den neuen Erkenntnissen der Wissenschafter wanderte der magnetische Nordpol während des Laschamps-Ereignisses innerhalb von rund 500 Jahren zunächst allmählich zum Südpol, wobei sich das Magnetfeld der Erde auf etwa null bis sechs Prozent seiner normalen Feldstärke abschwächte. Für weitere 500 Jahre blieben die Pole vertauscht, um danach binnen 250 Jahren zurückzuwandern.

Das Erdmagnetfeld unterliegt wiederkehrenden Schwankungen, die sich gelegentlich bis zur kompletten Umpolung steigern. Die Ursachen und die Folgen sind laut AWI bis heute nicht vollständig geklärt. Simulationen im Rahmen der Studie ergaben unter anderem einen Ozonverlust in der Atmosphäre durch vermehrtes Eindringen von kosmischer Strahlung. Das Erdmagnetfeld dient als natürlicher Schutzschild. Wird es schwächer, gelangt mehr kosmische Strahlung zur Erde.

Neue Schwächephase
Seit rund 2.000 Jahren befindet sich das Erdmagnetfeld wieder in einer Schwächephase. Im Vergleich zu den ersten Messwerten von vor rund 170 Jahren ist nach AWI-Angaben bereits ein Rückgang der Feldstärke um neun Prozent feststellbar, im Südatlantik sogar von 30 Prozent. Unter Forschern ist aber umstritten, ob sich damit für die kommenden Tausend bis 2000 Jahre eine neue Polumkehr ankündigt.

Die Folgen eines schwächeren oder zusammenbrechenden Magnetfelds könnten dabei in der heutigen hochtechnisierten Welt potenziell verheerend sein. Sogenannte geomagnetische Stürme, die dadurch die untere Erdatmosphäre erreichen, können elektronische Geräte beschädigen, Stromnetze zusammenbrechen lassen sowie Radio- und Funkübertragungen stören. Auch Satelliten könnten schwer in Mitleidenschaft gezogen werden.
(22.2.2021)

Studie
Science: "A global environmental crisis 42,000 years ago"

Fossiles Holz verrät neue Details zur letzten Umpolung des Erdmagnetfelds - derStandard.at
 

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#5
WANDERNDER NORDPOL
Steht der Erde eine magnetische Umpolung bevor?
Wissenschafter suchen im steirischen Vulkanland nach Spuren erdgeschichtlicher Veränderungen im Erdmagnetfeld, um aktuelle Phänomene besser zu verstehen

Das Magnetfeld der Erde ist alles andere als konstant. Im Schnitt kommt es sogar alle 200.000 Jahre zu einer Polumkehr, die nun überfällig ist.
Illustration: Nasa

Über Jahrhunderte dümpelte er nur langsam durch die arktische Insellandschaft Nordkanadas. Doch seit den 1990er-Jahren hat die Bewegung des magnetisches Nordpols an Fahrt aufgenommen. Seitdem wandert er bis zu 55 Kilometer pro Jahr in Richtung Sibirien. Kündigt diese Veränderung nun einen Polsprung an, wie oft vermutet wird?

Immerhin kommt eine derartige Neuorganisation des Erdmagnetfelds statistisch betrachtet alle 200.000 Jahre vor. Die letzte Umpolung liegt mit der sogenannten Brunhes-Matuyama-Umkehr aber schon 780.000 Jahre zurück. Vor 42.000 Jahren kam es ebenfalls zu einer Auflösung des normalen, dipolaren Zustands, wenn auch nicht zu einem Polsprung. Es lohnt also, mehr über die Vergangenheit herauszufinden, um den Ablauf künftiger Ereignisse im Erdmagnetfeld abschätzen zu können.

Beschleunigte Wanderung
Genau in diesem Bereich arbeitet Patrick Arneitz. Der Geophysiker beschäftigt sich am Conrad-Observatorium der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG), einer Forschungseinrichtung des Wissenschaftsministeriums, mit der Erforschung jener Spuren, die frühere Ereignisse im Erdmagnetfeld hinterlassen haben. Dass eine Polumkehr unmittelbar bevorsteht, wie viele Berichte nahelegen, hält er für alles andere als gesichert.

"Die beschleunigte Wanderung des magnetischen Pols deutet nicht direkt auf eine Umpolung hin", betont der Wissenschafter. Eher noch würde die ebenso zu verzeichnende Abnahme der globalen Feldstärke des Magnetfelds in den letzten knapp 200 Jahren um etwa zehn Prozent ein Indiz dafür sein.

Denn bei jeder Umpolung vermindert sich diese auf nur zehn bis zwanzig Prozent des Ursprungswerts. "Rechnet man die aktuelle Schwächung in die Zukunft, stünde in etwa 1500 Jahren eine Umpolung bevor", erklärt Arneitz. "Aber niemand kann sagen, ob das eine verlässliche Annahme ist. Derartige Fluktuationen gibt es immer wieder, zuletzt etwa im Frühmittelalter – sie müssen nicht zu einem Polsprung führen."

Magnetische Orientierung auf Exkursion
Dass die Erde überhaupt über ein Magnetfeld verfügt, ist dem flüssigen Eisen im äußeren Erdkern geschuldet. Temperaturunterschiede zwischen den inneren und äußeren Schichten sowie die aus der Erdrotation resultierenden Trägheitskräfte sorgen hier für schraubenförmige Strömungen, die komplexe elektrische Ströme induzieren, umreißt Arneitz die Wirkweise des sogenannten Geodynamo.

"In diesen Strömungen kommt es immer wieder zu Turbulenzen, die dazu führen können, dass das Erdmagnetfeld aus einer aktuellen Vorzugsrichtung kippt." Dann kann es zwischenzeitlich zu dominierenden Multipolzuständen kommen, in denen etwa vier oder acht Pole über die Erde verteilt sind, bevor der Polsprung vollzogen ist und sich wieder ein dipolarer Zustand einpendelt.

Kommt es – wie zuletzt vor 42.000 Jahren – zu keiner Feldumkehr, weil die magnetische Orientierung wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehrt, sprechen die Forscher von einer "Exkursion".

Richtungswechsel im Lavafluss
Teil der Arbeit von Arneitz und Kollegen ist es, nach Gebieten zu suchen, in denen es über Jahrtausende hinweg immer wieder Vulkanausbrüche gab. Denn in den abgekühlten Lavaschichten bleiben Hinweise auf die Vergangenheit des Erdmagnetfelds gespeichert. In einem vom Wissenschaftsfonds FWF geförderten Projekt kooperieren die Experten des Conrad-Observatoriums mit Elisabeth Schnepp vom Lehrstuhl für Angewandte Geophysik der Montanuniversität Leoben und ihrem Team, um diese Hinweise zu entschlüsseln.

"Die noch sehr heißen Lavaflüsse enthalten eisenhältige Minerale, deren magnetische Momente parallel zum umgebenden Erdmagnetfeld laufend ihre Richtung wechseln", erklärt Arneitz. "Ab einem gewissen Abkühlungsgrad fehlt aber die Energie für dieses Phänomen, und die magnetische Ausrichtung bleibt dauerhaft bestehen."

Hinweise auf die Vergangenheit
Die Wissenschafter entnehmen Bohrproben aus diesen Lavaströmen von damals, halten dabei genau deren geografische Orientierung fest und messen ihre magnetische Ausrichtung. Die Probe wird dann erhitzt, um ihr eine neue Magnetisierung durch ein bekanntes Labor-Magnetfeld aufzuprägen.

"Aus dem Verhältnis der Magnetisierungen aus Natur und Labor kann man auf die lokale Stärke des erdgeschichtlichen Magnetfelds zurückschließen", erklärt Arneitz. Aus mehreren lokalen Proben wird eine Zeitreihe, aus mehren lokalen Zeitreihen, die über den ganzen Globus verteilt sind, lässt sich eine Modellierung eines ganzen Polsprungs inklusive multipolarer Zwischenstadien anfertigen.

Steirische Vulkane
Eine der jüngsten Analysen basiert auf Gesteinsproben des steirischen Vulkanlands. "Das untersuchte Lavagestein stammt von Vulkanen, die vor 2,5 Millionen Jahren aktiv waren. Hier haben wir sogenannte intermediäre Richtungen gefunden", erklärt Arneitz. "Das bedeutet, dass weder eine normale noch eine inverse Polarität vorlag, sondern ein Zwischenzustand, in dem Multipole das Feld maßgeblich prägten."
Die Daten, die im Journal "Earth, Planets and Space" veröffentlicht wurden, konnten einem sogenannten Cryptochron zugeordnet werden, einem etwa 10.000 bis 30.000 Jahre währenden Ereignis, von dem nicht bekannt ist, ob es sich um einen tatsächlichen Polsprung oder lediglich eine Exkursion handelt.

Auch eine weitere Analyse von Gesteinsproben von der Insel St. Helena steht kurz vor dem Abschluss. Hier gibt es ebenfalls Hinweise auf Abweichungen von normaler oder inverser Polarität vor etwa acht Millionen Jahren.

Archäologische Artefakte
Während man für erdgeschichtliche Ereignisse diese paläomagnetischen Analysen heranzieht, stehen für eine jüngere Vergangenheit weitere Datenquellen zur Verfügung: Archäologische Artefakte wie Ziegel oder Tonscherben der vergangenen Jahrtausende enthalten eisenhaltige Minerale, die im Abkühlprozess nach dem Brennen die Ausrichtung des Magnetfelds festgehalten haben.

Zeitlich näher liegen Datenquellen aus Schiffslogbüchern ab dem 15. Jahrhundert, die auf Abweichungen zwischen geografischer und magnetischer Nordrichtung hinweisen. Seit den 1830ern gibt es globale wissenschaftliche Aufzeichnungen zum Erdmagnetfeld – auch aus Österreich, wo erste Messungen von der Sternwarte des Stifts Kremsmünster stammen.

Keine Hinweise auf Lebensgefahr
Bleibt die Frage: Besteht durch einen Polsprung auch eine Gefahr für das Leben auf der Erde? Die gute Nachricht ist, dass keine gravierenden einhergehenden Folgen wie Massenaussterben nachweisbar sind. Eine heuer im Journal "Science" publizierte Studie schließt auf starke Klimaveränderungen durch das Geschehen vor 42.000 Jahren – wofür aber ebenfalls keine weiteren Belege auffindbar sind.
"In einer Multipolphase könnte kosmische Strahlung, die den magnetischen Feldlinien folgt, an mehreren Orten weit in die Atmosphäre eindringen und womöglich vermehrt Störungen im Stromnetz auslösen", vermutet Arneitz. "Gröbere Auswirkungen würde die Schwächung des Magnetfelds außerhalb der Atmosphäre haben: Für Satelliten im Erdorbit wäre ein Polsprung keine gute Nachricht."
(Alois Pumhösel, 13.12.2021)

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#6
RÄTSELHAFTES ERDINNERES
Ändert der Erdkern gerade seine Rotationsrichtung?
Bis vor kurzem ging die Wissenschaft davon aus, dass sich der innerste Kern der Erde etwas schneller dreht als der Rest des Planeten. Doch das könnte nun anders werden

Der harte Erdkern ist in eine Schicht aus flüssigem Metall eingebettet und dreht sich. Aber in welche Richtung? Und warum?
Getty Images/iStockphoto

Die tiefste Bohrung des Menschen kam gerade einmal 12.262 Meter weit in Richtung Erdinneres. Das ist nicht einmal ein Tausendstel des Erddurchmessers von 12.742 Kilometern. Dennoch weiß die Wissenschaft relativ gut über das Innere der Erde Bescheid – auch wenn es nach wie vor einige spannende Fragen gibt, über die nach wie vor heftig diskutiert wird.

Einer der umstrittensten dieser Fragen widmet sich eine Studie, die am Montag im renommierten Fachblatt "Nature Geoscience" erschien: Darin behaupten die chinesischen Seismologen Yi Yang und Xiaodong Song (beide Uni Peking), dass der innerste Kern unseres Planeten in den letzten zehn Jahren aufgehört hat, sich schneller zu drehen als der Rest des Erdinneren. Und sie gehen noch weiter: Womöglich ändert der Erdkern alle paar Jahrzehnte seine Rotationsrichtung – und diese Änderungsphase findet gerade statt.

Die vier Schichten des Erdinneren
Die neuen Untersuchungsergebnisse sind nicht unumstritten, was mit der Natur der Sache zu tun hat: Das Innenleben der Erde ist und bleibt eine rätselhafte Angelegenheit, auch wenn einige Grundlagen außer Streit stehen. Sehr grob gesagt besteht die Erde aus vier Schalen, nämlich aus der äußeren Kruste (oder dem oberen Mantel), dem größtenteils festen Erdmantel, gefolgt vom äußeren Kern aus flüssigem Metall und schließlich dem inneren Kern aus Eisen und Nickel, der in etwa so heiß ist wie die Oberfläche der Sonne.


Schematischer Aufbau des Erdinneren. Die Kilometerangaben beziehen sich auf die Entfernung von der Erdoberfläche.

Dieser innere Kern wurde erst 1936 von der dänischen Seismologin Inge Lehmann entdeckt, nachdem sie untersucht hatte, wie sich seismische Wellen von Erdbeben durch den Planeten bewegen. Sie konnte damals zeigen, dass der Planetenkern mit seinem Durchmesser von rund 7.000 Kilometern einen festen inneren Kern besitzen muss, der hauptsächlich aus Eisen besteht und von einer Hülle aus flüssigem Eisen und anderen Elementen umgeben ist.

Die heißdiskutierte Erdkernrotation
Da dieser innere Kern mit einem Durchmesser von rund 2.500 Kilometern durch den flüssigen äußeren Kern vom Rest der festen Erde getrennt ist, kann er sich anders drehen als die Erdoberfläche. Die Drehung des inneren Kerns steht wiederum im Zusammenhang mit dem Magnetfeld, das im äußeren flüssigen Metallkern erzeugt wird, sowie mit der Gravitationswirkung des Erdmantels. Doch wie sich dieser innere Kern bewegt, ist in der Wissenschaft umstritten.

Mitte der 1990er-Jahre gehörte Xiaodong Song, einer der beiden Autoren der neuen Studie, zu den ersten Wissenschaftern, die meinten, dass der innere Kern mit einer anderen Geschwindigkeit rotiert als die Erdoberfläche. Seitdem haben Seismologen Hinweise darauf gefunden, dass die Drehung des inneren Kerns sich etwas schneller vollzieht als jene der Erdoberfläche. Doch in ebendiese Frage kam zuletzt einige Bewegung.

Verlangsamung und Beschleunigung
Im Vorjahr etwa untersuchten der Seismologe John Vidale und die Geowissenschafterin Wei Wang (beide University of Southern California in Los Angeles) seismische Wellen, die durch US-Atomtests in den Jahren 1969 und 1971 erzeugt worden waren. Auf Basis dieser Daten ermittelten sie im Fachblatt "Science Advances", dass der innere Erdkern in diesen Jahren "subrotierte", sprich: Er drehte sich langsamer als der Erdmantel. Erst nach 1971 beschleunigte sich die Rotation wieder.

Nun soll laut Xiaodong Song, der dreißig Jahre lang in den USA forschte, und seinem jungen Kollegen Yi Yang aber wieder alles ein bisschen anders sein: Die beiden Seismologen gehen vereinfacht formuliert von der Theorie aus, dass zwei gigantische Kräfte um die Kontrolle über das Innerste der Welt kämpfen. Das Magnetfeld der Erde, das durch wirbelnde Eisenströme im flüssigen äußeren Kern erzeugt wird, zieht quasi am inneren Kern und bringt ihn ins Trudeln. Diesem Impuls wirkt der Erdmantel entgegen, die viskose Schicht über dem äußeren Kern und unter der Erdkruste, deren immenses Gravitationsfeld den inneren Kern erfasst und seine Drehung verlangsamt.

Gibt es einen 70-Jahre-Rhythmus?
Anhand ihrer neuerlichen Untersuchung seismischer Wellen, die von den 1960er-Jahren bis heute aufgezeichnet wurden, vermuten Song und Yang nun, dass dieses enorme Tauziehen den inneren Kern in einem Zyklus von etwa 70 Jahren hin und her bewegt. In den frühen 1970er-Jahren drehte sich der innere Kern im Verhältnis zur Erdoberfläche nicht. Von da an drehte sich der innere Kern allmählich schneller in Richtung Osten und überholte die Rotationsgeschwindigkeit der Erdoberfläche.

Danach verlangsamte sich die Drehung des inneren Kerns, bis sie irgendwann zwischen 2009 und 2011 zum Stillstand kam. Und nun beginne der innere Kern sich relativ zur Erdoberfläche allmählich nach Westen zu drehen. Wahrscheinlich wird er sich erst beschleunigen und dann wieder abbremsen, um in den 2040er-Jahren einen weiteren scheinbaren Stillstand zu erreichen und seinen letzten Ost-West-Drehzyklus zu vollenden, vermuten die Forscher.

Auswirkungen für die Erdenbewohner
Dieser 70-Jahre-Rhythmus könnte auch für uns spürbar sein, nämlich durch subtile Verschiebungen im Magnetfeld des Planeten oder durch eine geringfügige Veränderung der Tageslänge.

Die Untersuchung wird von Fachkollegen wie John Vidale durchaus gelobt: Es sei eine sorgfältige Studie von exzellenten Wissenschaftern; viele Daten seien darin eingeflossen. Dennoch blieben viele Fragen offen – etwa wie sich die Behauptung der langsamen Rotationsänderung mit anderen Studien vereinbaren lasse, die schnellere Änderungen registrierten. Vidales Zwischenbilanz zur Frage der Erdkernrotation: "Ich denke mir immer wieder, dass wir kurz davor sind, es herauszufinden. Aber ich bin mir nicht sicher."

Die einzige Methode, die Klärung bringen kann, ist für alle an der Erdoberfläche Betroffenen freilich denkbar unangenehm: die bei Erdbeben minutiöse Beobachtung der seismischen Wellen quer durch den Planeten mit seinen 12.742 Kilometer Durchmesser.
(tasch, 24.1.2023)

Originalpublikationen:
Bericht in "Nature"
Bericht in der "New York Times"

Ändert der Erdkern gerade seine Rotationsrichtung?
 
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