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Neues über den Dynamo der Erde
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Münster
astronews.com
19. Januar 2009
Das Magnetfeld der Erde ist für das Leben auf unserem
Planeten von entscheidender Bedeutung. Nur wie es genau entsteht und durch
welchen Mechanismus die Magnetfeld-Umpolungen zu Stande kommen, ist bislang nur
unzureichend verstanden. Neue Untersuchungen von amerikanischen und deutschen
Wissenschaftlern könnten allerdings jetzt wichtige neue Hinweise geliefert
haben.
Schutzlos ohne Magnetfeld: unsere Erde.
Bild: NSSDC / NASA |
Ein gewaltiger Dynamo im Inneren der Erde erzeugt ein "Schutzschild" für die
Erdbewohner: Strömungen im Erdkern erzeugen ein Magnetfeld. Das bewahrt die Erde
vor dem Einfall kosmischer Strahlung, die für lebende Organismen schädlich ist.
Wissenschaftler der Universität Münster haben gemeinsam mit Kollegen aus den USA
bestimmte Eigenarten dieser Strömungen im Erdinneren untersucht. Dabei haben sie
durch Laborexperimente und Computersimulationen einen Erklärungsansatz zum
Strömungsverhalten gefunden, den sie in der aktuellen Ausgabe der
Fachzeitschrift Nature vorstellen.
Im Fokus der Forschungsarbeit standen die Strömungen im äußeren Erdkern in
2.900 bis 5.100 Kilometern Tiefe, der - bei Temperaturen über 3.000 Grad Celsius
- im Wesentlichen aus flüssigem Eisen besteht und als Dynamo das Erdmagnetfeld
erzeugt. Strömungen auf der Erde, zum Beispiel in der Atmosphäre und den
Ozeanen, werden geprägt von der Rotation der Erde und durch Konvektion, bei der
warmes Material aufsteigt und nach Abkühlung wieder absinkt.
Auch die Strömung im Erdkern ist durch Rotation und Konvektion beeinflusst.
Aber zu welchen Anteilen? Dieser Frage gingen die Wissenschaftler nach. Für ihre
Untersuchungen haben sie Laborexperimente, in denen das Geschehen im Inneren der
Erde modellhaft nachgestellt wird, mit Computersimulationen kombiniert. Die
Computerverfahren wurden in der Arbeitsgruppe Geodynamik am Institut für
Geophysik der Universität Münster entwickelt. Die Simulationen wurden auf
Höchstleistungsrechnern durchgeführt.
"Bisher ging man davon aus, dass die Rotation, die einen stark ordnenden
Einfluss auf die Strömung hat, dominant ist", erklärt Prof. Dr. Ulrich Hansen
von der Arbeitsgruppe Geodynamik, der gemeinsam mit seinem münsterschen Kollegen
Dr. Stephan Stellmach und Forschern von der Universität von Kalifornien in Los
Angeles an dem Nature-Artikel beteiligt ist. "Ungeordnete turbulente
Strömungen entstünden bei dominierender Konvektion."
Wissenschaftler erwarten, dass geordnete Strömungen eher in der Lage sind,
ein Magnetfeld wie das irdische zu erzeugen. "Stärkt man in einem rotierenden
System den Einfluss der Konvektion, etwas durch ansteigende Heizung von unten,
so kommt es zu einem Übergang von rotationsdominiertem zu konvektionsdominiertem
Verhalten. Der Übergang findet unseren Ergebnissen nach viel früher statt, als
nach bisheriger Theorie erwartet", so Hansen.
Die Forscher stellen in ihrer Arbeit einen Mechanismus vor, der dieses
Phänomen erklärt. Danach bestimmt die relative Dicke der Strömungsgrenzschichten
- der thermischen Grenzschicht und der rotationsbestimmten "Ekman"-Grenzschicht
- das Verhalten der Strömung.
"Überträgt man unsere Ergebnisse auf irdische Verhältnisse, bei denen sich
die Strömungsverhältnisse im Laufe der Zeit in unregelmäßigen Abständen ändern,
so erhält man folgendes Bild: Derzeit ist die Strömung im Erdkern noch durch
Rotation bestimmt. Dadurch ist die Aufrechterhaltung eines 'geordneten'
Magnetfeldes, wie es momentan besteht, wahrscheinlich", erläutert Hansen.
Allerdings befindet sich die Strömung im Erdkern näher am Übergang zu
turbulenten Strömungsverhältnissen als bisher angenommen, so die Forscher -
ähnlich wie Wasser kurz vor dem Siedepunkt, das bei geringer Temperaturerhöhung
zu kochen beginnt. Sollten sich die Strömungsverhältnisse ändern, könnte das
Magnetfeld der Erde zusammenbrechen oder sich umpolen, wie es im Laufe der
Erdgeschichte bereits vielfach vorgekommen ist.
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