Flüssiges Eisen im Erdkern wechselt überraschend die Strömungsrichtung
Die Erde besteht aus verschiedenen Schichten, die man sich als konzentrische Kugelschalen vorstellen kann, deren Material jeweils eine deutlich unterschiedliche Dichte hat. Wir leben auf der äussersten Kugelschale mit der geringsten Dichte, der Erdkruste. Darunter befindet sich der Erdmantel, eingeteilt in oberen und unteren Mantel, und im Zentrum schliesslich der Erdkern, die Kugelschale mit der höchsten Dichte. Auch der Erdkern besteht aus zwei verschiedenen Teilen: Im Zentrum sitzt ein fester innerer Kern aus Eisen und Nickel, umgeben von einem flüssigen äusseren Kern, in dem geschmolzenes Eisen unaufhörlich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 30 Kilometern pro Jahr zwischen innerem Kern und Erdmantel zirkuliert.
Diese Strömung des flüssigen Eisens im äusseren Kern treibt den sogenannten Geodynamo an, der das Erdmagnetfeld zu 95 Prozent erzeugt und es aufrechterhält. Dieses Magnetfeld ist lebenswichtig, denn es schützt die Atmosphäre vor dem Sonnenwind und lenkt geladene Teilchen ab, die sonst ungehindert auf die obere Lufthülle träfen. Ohne das Magnetfeld würde die Atmosphäre und danach auch die Hydrosphäre – also alles Wasser der Erde – erodieren. Dieses Schicksal ereilte den Mars, dessen Magnetfeld vor knapp 3,9 Milliarden Jahren schwand. Es sind vornehmlich feine Veränderungen des Magnetfelds, deren Messung indirekt Aufschluss über die Vorgänge im Inneren der Erde ermöglicht, die direkter Beobachtung unzugänglich sind.
Strömungsumkehr unter dem Pazifik
Die Beobachtungen der Strömungen an der Oberfläche des flüssigen äusseren Kerns zeigten über viele Jahre hinweg sehr stabile Muster. Die Strömungen fliessen üblicherweise in Ost-West-Richtung. Doch ein Forschungsteam um Frederik Dahl Madsen von der University of Edinburgh hat eine überraschende Anomalie entdeckt: Unterhalb des Pazifiks, in 2200 Kilometern Tiefe, kehrte sich ab 2010 eine schwache West- in eine starke Ostströmung um – «from weakly westward to strongly eastward», wie es in der am 6. Mai im Fachmagazin Journal of Studies of Earth’s Deep Interior veröffentlichten Studie heisst. Überraschend ist auch der Befund, dass sich diese Strömung seit 2020 bereits wieder abzuschwächen scheint.
Das Team rekonstruierte Strömungen an der Oberseite des äusseren Erdkerns zwischen 1997 und 2025, wobei es Magnetfelddaten verschiedener Satellitenmissionen – darunter Swarm und CryoSat der ESA und des deutschen Champ-Satelliten – sowie Messungen von Bodenobservatorien nutzte. «Durch sorgfältig koordinierte Orbits können die Satelliten unterscheiden, ob magnetische Signale vom Kern stammen, von der Kruste, den Ozeanen, der Ionosphäre oder der Magnetosphäre», schreibt die an der Studie beteiligte Europäische Weltraumagentur (ESA) dazu in einer Pressemitteilung.
Ursache unklar
Die Ursache für diese Veränderungen ist unklar. Das Team schreibt, dass Ereignisse «deeper in the core» eine Rolle spielen könnten. Die Strömungsumkehr fällt zwar zeitlich mit Veränderungen im Verhalten des inneren Kerns zusammen, die aus anderen Beobachtungen abgeleitet wurden – etwa Rotationsmuster und seismische Auffälligkeiten. Das heisst jedoch noch nicht, dass sich daraus ein direkter, zwingender Mechanismus ableiten liesse, denn die beteiligten Kräfte im Erdinneren greifen auf komplexe Weise ineinander. Überdies beruht der Befund auf einer Modellrekonstruktion und nicht auf einer direkten Messung in der Tiefe.
Hauptautor Dahl Madsen kommentierte den Befund wie folgt: «Die grossräumige Umkehrung der Strömung unter dem Pazifik wirft neue Fragen zum Verhalten des tiefen Erdinneren auf. Wissenschaftler wollen nun herausfinden, ob es sich bei dieser Umkehrung um eine kurzlebige Schwankung, um Teil einer sich wiederholenden Oszillation oder um ein neues stabiles Gleichgewicht der Kernzirkulation handelt. Eine kontinuierliche Beobachtung wird unerlässlich sein, um festzustellen, wie sich die Strömung in den kommenden Jahren entwickelt.»
Veränderungen im Strömungsverhalten des flüssigen Kerns sind nicht unerheblich für das Leben auf der Erdkruste, auch wenn man weder Erdbeben, noch Klimaänderungen oder plötzliche Polsprünge befürchten muss. Da der Geodynamo jedoch unmittelbar von diesen Bewegungen abhängt, kann jede Veränderung das Magnetfeld beeinflussen – was sich wiederum auf die Navigation, auf Satelliten und auf den Schutz vor geladenen Teilchen des Sonnenwinds auswirkt. Es handelt sich jedoch um eine langsame, über Jahrzehnte wirkende Verschiebung, nicht um eine abrupte Umpolung. (dhr)
