Neuer Einblick ins Erdinnere

Das Erdmagnetfeld, das unseren Globus umgibt, sch¨¹tzt die Erde vor sch?dlicher Strahlung und hilft Tieren wie V?geln oder Flederm?usen dabei, sich zu orientieren. Erzeugt wird das Erdmagnetfeld in erster Linie im sogenannten Geodynamo, durch Prozesse die sich im ?usseren fl¨¹ssigen Erdkern und im inneren festen Erdkern abspielen. Philip Livermore von der Universit?t Leeds, sowie Rainer Hollerbach und Andrew Jackson von der ETH Z¨¹rich haben nun anhand von Computersimulationen auf dem CSCS-Supercomputer ?Monte Rosa? erstmals gezeigt, dass das Magnetfeld selbst wiederum diese dynamischen Prozesse im Erdkern beeinflusst. Demnach bewirkt das Magnetfeld, dass sich der innere feste Kern - der etwa so gross wie der Mond ist - in ?stliche Richtung dreht und das Magnetfeld sich westw?rts bewegt. Letzteres wurde bereits 1692 vom Entdecker des Kometen Halley, dem Naturforscher Edmund Halley beobachtet, konnte aber bis anhin nicht erkl?rt werden.

Schub nach Ost und West

Indem die Wissenschaftler f¨¹r ihre Simulation neue Methoden nutzten und dabei vor allem mit einer um zwei Gr?ssenordnungen niedrigeren, und somit 100 Mal realit?tsn?heren Viskosit?t als in bisherigen Modellen arbeiteten, sei es gelungen bestimmte physikalische Prozesse im Erdkern entsprechend h?her aufzul?sen, sagen die Forscher. Die Simulationen zeigen, wie die Kr?fte des Erdmagnetfeldes im ?ussersten Bereich des fl¨¹ssigen Erdkerns bewirken, dass das Magnetfeld nach Westen wandert. Gleichzeitig verpassen dieselben Kr?fte dem inneren festen Kern einen Schub nach Osten. Das f¨¹hrt dazu, dass der innere Erdkern eine h?here Dreh-Geschwindigkeit hat als die Erde.

Die Forscher kommen anhand ihrer Studie zum Schluss, dass bereits kleine Ver?nderungen im inneren Magnetfeld der Erde dazu f¨¹hren k?nnen, dass sich die jeweiligen Bewegungsrichtungen umkehren. Das wiederum erkl?rt die Beobachtung, dass sich in den vergangenen 3000 Jahren das Erdmagnetfeld anstatt nach Westen mehrfach nach Osten verschoben hat. Vermutlich rotierte der innere Erdkern anstatt in ?stliche dann auch in westliche Richtung. Kleinste Ver?nderungen im Magnetfeld k?nne laut den Forschenden auch zu unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten des inneren Kerns gef¨¹hrt haben. Diese Beobachtung machten erst k¨¹rzlich Forscher um Hrvoje Tkalcic von der Australien National University f¨¹r die vergangenen 50 Jahre.

Einzige M?glichkeit zur Rekonstruktion

Berechnungen von Modellen des Erdmagnetfeldes geh?ren zu den rechenintensivsten Simulationen im Hochleistungsrechnen. In den Simulationen m¨¹ssen unter anderem Gleichungssysteme der Fluiddynamik, klassischen Mechanik bis hin zur Thermodynamik gel?st werden. Die Simulationen in Kombination mit seismischen Messungen liefern die einzige M?glichkeit, das Erdinnere, in Tiefen von 2900 Kilometern bis hin zum Erdmittelpunkt in 6378 Kilometern Tiefe zu erforschen. Derartige Studien haben in den vergangenen Jahrzehnten enorm zum Verst?ndnis beigetragen, was sich im Erdinneren abspielt.