Erdmagnetfeld – Kleine Schwankungen verraten Struktur des Erdkerns

Berkeley (USA) - Tief im Innern der Erde wirkt ein gigantischer Dynamo, der für den Großteil des Erdmagnetfelds verantwortlich ist. Obwohl kein Bohrer bis zum Rand des flüssigen Erdkerns in 2900 Kilometer Tiefe verstoßen kann, gelang es nun dem amerikanischen Geophysiker Bruce Buffett von der University of California in Berkeley, ein genaueres Bild vom Aufbau dieser heißen Zone zu zeichnen. Wie er in der Fachzeitschrift „Nature“ berichtet, umhüllt eine etwa 140 Kilometer dicke Schicht mit stetig abnehmender Dichte den Erdkern. Aufwendige Modelle und Berechnungen, die Buffett zur Erklärung von kleinen Schwankungen des Magnetfelds entwickelt hatte, führten ihn zu dieser detaillierten Strukturanalyse des Erdkerns.

„Die geomagnetischen Fluktuationen an der Erdoberfläche werden wesentlich von Wellenbewegungen auf der Oberfläche des Erdkerns verursacht“, sagt Buffett. Entdeckt wurden diese Magnetfeldänderungen, die innerhalb von 60 Jahren relativ regelmäßig schwanken, schon vor gut 40 Jahren. Doch die Ursache dafür blieb bislang im Dunkeln. Die Erklärung fand der Geophysiker nun in diesen komplexen Wellen im äußeren Erdkern. Sie entstehen laut seiner Modelle durch das Zusammenspiel des Erdmagnetfelds, von Auftriebskräften der eisenreiche Schmelze und der Coriolis-Kraft. Um die Schwankungsperiode des Magnetfelds an der Erdoberfläche von 60 Jahren erklären zu können, musste laut Buffett eine 140 Kilometer dicke Schicht, deren Dichte mit zunehmender Tiefe abnimmt, den flüssigen Erdkern umhüllen.

Konkret beweisen kann Buffett sein Erdkernmodell anhand von Bohrproben natürlich nicht. Doch ist es durchaus üblich, komplexe geodynamische Modelle zu entwickeln, um die an der Erdoberfläche messbaren Magnetfelder erklären können. Stimmen die per Modell berechneten Werte dann noch sehr gut mit den gemessenen überein, liefern sie ein sehr wahrscheinliches Abbild des Erdkerns. Und 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.

Buffett liefert mit seiner Studie einen neuen Baustein, um Aufbau und die komplizierte Dynamik tief im Innern der Erde besser zu erklären. Doch über andere Phänomene 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.