Magnetfeld im Erdkern gemessen

Zum ersten Mal haben Geowissenschaftler die Stärke des irdischen Magnetfelds im Erdkern gemessen und nicht nur geschätzt wie bisher. Der über die Präzession, ein winziges Taumeln der Kernrotationachse, ermittelte Wert liegt bei 25 Gauss – rund 50 Mal stärker als das oberflächliche Feld. Wie der Forscher jetzt in „Nature“ berichtet, liegt dies in der Mitte der beiden theoretisch und in Schätzungen angenommenen Extreme.

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Das Magnetfeld der Erde hat seinen Ursprung in Konvektionsströmungen im äußeren Erdkern, die Bewegungen des elektrisch leitenden Nickel-Eisen-Gemischs wirken wie eine Art Dynamo. Während sich die Stärke des Magnetfelds an der Erdoberfläche leicht messen lässt, weiß bisher jedoch niemand so genau, wie stark das Feld im Inneren der Erde, an seinem Ursprungsort ist. Bisher gibt es dazu zwei sich widersprechende Theorien:

Kernmagnetfeld stark oder schwach?

Die eine geht von einem sehr starken inneren Feld von rund 100 Gauss aus. Das würde gleichzeitig bedeuten, dass auch die Konvektion im äußeren Kern und die Hitzeproduktion durch radioaktiven Zerfall hoch sein müssen. Ein schwaches inneres Feld – beispielsweise von nur fünf Gauss – würde dagegen darauf hindeuten, dass die Konvektion im Erdkern nur schwach ist, weil der radioaktive Zerfall im Erdinneren nur wenig Hitze generiert.

„Eine Messung des magnetischen Felds verrät uns damit auch, welchen Energiebedarf seine Produktion hat und welche Hitzequellen dafür zur Verfügung stehen“, erklärt Bruce A. Buffett, Professor für Geowissenschaften an der Universität von Kalifornien in Berkeley. Ausgangspunkt für Buffetts Messung war die Überlegung, dass der Mond starke Gezeitenkräfte auf die Erde ausübt – und damit auch auf den Erdkern. Durch seinen Einfluss verändert sich zudem die Position der Erdachse im Laufe der Jahrtausende leicht – dieses Taumeln wird auch als Präzession bezeichnet.

Ausgebremste Präzession als Messinstrument

„Der Mond zwingt die Rotationsachse des Erdkerns ständig in eine Präzession”, erklärt Buffett. „Wir schauen uns die Reaktion des flüssigen äußeren Kerns auf diese Präzession des inneren an.“ Die Präzession des inneren Kerns erzeugt Scherwellen im flüssigen äußeren Kern, die sich innerhalb eines engen Kegels von nur 30 bis 40 Metern bewegen. Dabei interagieren sie mit dem Magnetfeld und über eine Rückkopplung dämpft diese Interaktion die Präzession der Rotationsachse des Kerns. Mit Hilfe der starken Radiosignale von Quasaren gelang es Buffett festzustellen, wie stark die Kernpräzession hinter der Bewegung des Mondes herhinkt. Dadurch wiederum konnte er ermitteln, wie stark die dämpfende Wirkung und damit auch das Magnetfeld im äußeren Kern ist.

25 Gauss – weder stark noch schwach

Das Ergebnis: Die Magnetfeldstärke im äußeren Kern liegt bei durchschnittlich 25 Gauss – sie variiert leicht je nach Position. Damit ist das innere Magnetfeld rund 50 Mal stärker als das Feld an der Oberfläche der Erde. „Dies ist die erste gute Zahl, die wir basierend auf Beobachtungen und nicht nur Schätzungen haben“, erklärt Buffett. „Dieses Ergebnis schließt ein sehr schwaches magnetisches Feld aus und spricht auch gegen ein sehr starkes Feld.“ Beide bisherigen Annahmen wurden damit nun entkräftet.

(University of California – Berkeley, 21.12.2010 – NPO)