Neue Einblicke lösen 300 Jahre altes Rätsel um die Rotation des Erdkerns

Schematischer Aufbau der Erde mit dem Mantel (rot) und dem flüssigen, äußeren Erdkern (orange), der den festen, inneren Erdkern (hier nicht sichtbar) umschließt. (NASA / JPL / Université Paris Diderot - Institut de Physique du Globe de Paris)
Schematischer Aufbau der Erde mit dem Mantel (rot) und dem flüssigen, äußeren Erdkern (orange), der den festen, inneren Erdkern (hier nicht sichtbar) umschließt. (NASA / JPL / Université Paris Diderot - Institut de Physique du Globe de Paris)

Forscher der University of Leeds haben ein 300 Jahre altes Rätsel um die Rotationsrichtung des Erdzentrums gelöst. Der innere Erdkern – er besteht aus festem Eisen – “superrotiert” in Richtung Osten, was bedeutet, dass er schneller rotiert, als der Rest des Planeten. Der äußere Kern besteht hauptsächlich aus geschmolzenem Eisen und dreht sich mit einer geringeren Geschwindigkeit westwärts.

Obwohl Edmund Halley, der auch den berühmten Kometen entdeckte, im Jahr 1692 die westwärts gerichtete Bewegung des Erdmagnetfeldes belegte, ist dies das erste Mal, dass Wissenschaftler in der Lage waren, die Drehrichtung des inneren Kerns mit dem Verhalten des äußeren Kerns in Zusammenhang zu bringen. Der Planet verhält sich auf diese Weise, weil er auf das Erdmagnetfeld reagiert. Die Ergebnisse wurden in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht und helfen Forschern, die Dynamiken des Erdkerns zu interpretieren, der Quelle des Magnetfeldes unseres Planeten.

In den vergangenen paar Jahrzehnten haben Seismometer, welche die von Erdbeben verursachten Wellen bei ihrer Reise durch den Erdkern messen, bezogen auf die Erdoberfläche eine ostwärts gerichtete Superrotation des festen, inneren Kerns registriert. “Der Zusammenhang ist einfach erklärt, was die gleiche und entgegengesetzte Bewegung betrifft”, erläuterte Dr. Philip Livermore von der School of Earth and Environment an der University of Leeds. “Das Magnetfeld drückt den inneren Kern ostwärts, wodurch er schneller rotiert als die Erde, aber es drückt den flüssigen, äußeren Kern auch in die entgegengesetzte Richtung, was eine westwärts gerichtete Bewegung hervorruft.”

Der innere Erdkern aus festem Eisen hat etwa die Größe des Mondes. Er ist von dem flüssigen, äußeren Kern umgeben, einer Eisenlegierung, deren durch Konvektion angetriebene Bewegung das geomagnetische Feld erzeugt. Die Tatsache, dass sich das innere Magnetfeld langsam über einen Zeitraum von Jahrzehnten verändert, bedeutet, dass die elektromagnetische Kraft, die auf den inneren und äußeren Erdkern wirkt, selbst mit der Zeit variieren wird. Das könnte Fluktuationen in der überwiegend ostwärts gerichteten Rotation des inneren Kerns erklären, ein Phänomen, das die letzten 50 Jahre dokumentiert und von Tkalčić und Kollegen kürzlich in Nature Geoscience beschrieben wurde.

Andere vorhergehende Forschungsarbeiten basierten auf archäologischen Artefakten und Gesteinen, die hunderte bis tausende Jahre alt sind und sprechen dafür, dass die Rotationsrichtung nicht immer westwärts war: Während der letzten 3.000 Jahre sind möglicherweise mehrere Perioden mit östlicher Bewegungsrichtung aufgetreten. Im Hinblick auf die Schlussfolgerungen des neuen Modells lässt dies darauf schließen, dass der innere Kern in diesen Perioden einer westwärts gerichteten Rotation unterlag.

Die Autoren verwendeten ein Modell des Erdkerns, das mit dem Supercomputer Monte Rosa berechnet wurde, der Teil des Swiss National Supercomputing Centre in Lugano (Schweiz) ist. Mit einer neuen Methode waren sie imstande, den Erdkern mit einer 100 Mal besseren Genauigkeit zu simulieren, als es bei anderen Modellen der Fall ist.

Die Studie war eine Zusammenarbeit zwischen der University of Leeds und dem Swiss Federal Institute of Technology in Zürich.

Quelle: http://www.leeds.ac.uk/news/article/3435/new_insights_solve_300-year-old_problem_the_dynamics_of_the_earths_core

(THK)

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