Schwankungen im Erdmagnetfeld verraten Struktur des Erdkerns

Tief im Innern der Erde wirkt ein gigantischer Dynamo, der für den Großteil des Erdmagnetfelds verantwortlich ist. Obwohl kein Bohrer bis zum Rand des heißen und flüssigen Erdkerns in 2900 Kilometer Tiefe verstoßen kann, gelang es nun dem Geophysiker Bruce Buffett von der University of California in Berkeley, ein genaueres Bild vom Aufbau des Erdkerns 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.

Grafik einer Erdkugel, die von einem Netz überzogen ist. Ein Viertel der Kugel ist ausgeschnitten und gibt den Blick auf den Erdkern frei. Beschriftete Pfeile markieren Wellenbewegungen in seinem Inneren.
Simulierter Erdkern

„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 sechzig Jahren relativ regelmäßig schwanken, schon vor gut vierzig 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 eisenreichen Schmelze und der Coriolis-Kraft. Um die Schwankungsperiode des Magnetfelds an der Erdoberfläche von sechzig Jahren erklären zu können, muss 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 zu 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 Dipolfeldes, 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 Lauf von Jahrmillionen um, magnetischer Nord- und Südpol tauschen gewissermaßen 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.