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Unsteter Schutzschild

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 17.11.2016 13:36 — abgelaufen

Wie eine zweite Atmosphäre schirmt ein Magnetfeld unseren Planeten vor zerstörerischen Sonnenwinden ab. Allerdings sind Stärke und Ausrichtung dieser lebenswichtigen Barriere keineswegs konstant. Wissenschaftler haben nun untersucht, in wie weit Prozesse im Erdinneren hierfür verantwortlich sind.

Die Magnetosphäre schirmt - wie in dieser nicht maßstabsgetreuen künstlerischen Darstellung - die Erdoberfläche von den geladenen Partikeln des Sonnenwindes ab (Grafik: NASA). „Festen Boden unter den Füßen haben“ – diese Redensart hält einem Praxistest nicht stand. In Wirklichkeit ist die Erde unter unseren Füßen in ständiger Bewegung: Kontinentalplatten driften auseinander oder verhaken sich an ihren Rändern. Erdmassen werden vom Kern des Planeten Richtung Erdmantel gepresst und verdrängen dabei Material, das an anderer Stelle in tiefere Schichten absackt.

Ins Bewusstsein der Menschen rücken diese permanenten Umwälzungen in der Regel nur, wenn sich die enormen Kräfte an der Oberfläche Bahn brechen. Erdbeben oder Vulkanausbrüche rufen nachdrücklich in Erinnerung, wie fragil der Untergrund ist, auf dem wir leben. Dass die Erde die meiste Zeit als ruhig empfunden wird, liegt an den geringen Geschwindigkeiten, mit denen sich ihr äußeres Erscheinungsbild verändert.

So bewegen sich Kontinentalplatten im Mittel nur einige Zentimeter im Jahr. Schon deutlich schneller geht es mit Strömungsgeschwindigkeiten von einem Millimeter pro Sekunde im äußeren Erdkern zu, rund 3.000 Kilometer unter der Oberfläche. Eine internationale Forschergruppe, der auch Wissenschaftler des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ angehörten, hat nun untersucht, welchen Einfluss Faktoren wie diese Geschwindigkeitsdifferenz auf den Zustand des irdischen Magnetfelds haben. Ohne diese natürliche Schutzhülle wäre die Erde einem wahren Bombardement von hochenergetischen Partikeln aus dem All schutzlos ausgesetzt.

Unstrittig ist, dass der magnetische Schutzwall durch Konvektionsströmungen von elektrisch leitfähigen Eisen-Nickelverbindungen im äußeren Erdkern verursacht wird. Die Frage ist, wie stark diese Strömungen vom Wärmeaustausch zwischen Erdkern und Erdmantel abhängen. Kühlt sich der  Mantel beispielsweise durch absinkende Ozeanböden ab, strömt zusätzlich Wärme aus der Erde an die sich langsamer bewegende Oberfläche; was wiederum – so die Vermutung der Wissenschaftler – direkten Einfluss auf die wärmegetriebenen Konvektionsströme im Erdkern hat. Eine Kette von Ereignissen wohlgemerkt, die sich über Zeiträume von mehreren hundert Millionen Jahren abspielt.

Einfluss von Subduktionsvorgängen auf Wärmeströme aus dem Kern in den Mantel während der letzten 300 Millionen Jahre. Je dunkler die Farben, desto höher die Subduktionsrate (Grafik: GFZ).Auch wenn die jetzt vorgestellten Ergebnisse einen Zusammenhang zwischen unterirdischem Wärmeaustausch und Magnetfeld plausibel erscheinen lassen, ist das Magnetfeld in seiner wechselhaften Gestalt noch längst nicht vollständig charakterisiert. So mündet etwa seine starke Fluktuation im Schnitt alle 250.000 Jahre in einer kompletten Umpolung seiner Ausrichtung; ein Ereignis allerdings, dessen Abstände stark variieren. Auch hier könnte ein genaueres Verständnis vom Materialtransport im Erdinneren helfen, die unstete Umorientierung des Feldes besser zu verstehen.

Immerhin: Durch Forschungssatelliten wie GOCE und GRACE ist es in den letzten Jahren bereits gelungen, ein genaueres Bild der Untergrundbewegungen unseres Planeten zu zeichnen. Letzterer konnte im März dieses Jahres bereits sein 10-jähriges Dienstjubiläum im All feiern. Eine Langlebigkeit, die es ermöglicht, in vorher nicht gekannter Präzision vergleichende Messungen über längere Zeiträume durchzuführen – etwa, wenn die Satelliten anhand ihrer Daten nachweisen, dass der grönländische Eisschild in den Jahren zwischen 2002 und 2011 einen Masseverlust von 240 Gigatonnen erleiden musste.

Auch in Nordamerika und Skandinavien sind Umwälzungen des Untergrunds zu beobachten. Diese Erdteile waren während der letzten Eiszeit unter kilometerdicken Eisschichten begraben. Seitdem die eisigen Panzer abschmolzen, heben sich die Landmassen von ihrer Last befreit nun langsam in die Höhe, wodurch unter der Oberfläche Material nachfließen kann. Auf wesentlich kürzeren Zeitskalen spielen sich hingegen Veränderungen der vermeintlich festen Erde nach großen Erdbeben wie in Sumatra oder Fukushima ab.

Unterschiedliche Ereignisse, die aber stets eins gemein haben: Bei den künstlichen Erdbeobachtern im All verursachen sie eine wahre Datenflut, die es gilt, auf der Erde zielführend auszuwerten. Im Rahmen des FuE-Programms GEOTECHNOLOGIEN geschieht dies bereits seit der Jahrtausendwende, inzwischen in der dritten Projekt-Generation. Denn nicht nur beim Bemühen, das Magnetfeld der Erde immer genauer zu beschreiben, ist Kontinuität ein entscheidender Faktor.

RD, iserundschmidt 08/2012


Mit dem aktuellen Schwerpunkt „Erfassung des Systems Erde aus dem Weltraum III“ unterstützen die GEOTECHNOLOGIEN die Datenanalyse der Forschungsmissionen GRACE und GOCE. Näheres zu den Projekten dieses Kernbereichs finden Sie hier. Im Projekt GEOFLOW II, aktueller Preisträger im Wettbewerb „365 Orte im Land der Ideen“, simulieren Forscher Strömungen im Erdinneren anhand einer Miniatur-Erde auf der Internationalen Raumstation (ISS). Weitere Informationen und Bilder hält die Projekt-Homepage bereit.