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Erdmagnetfeld

 

Doch bevor wir die Feldumkehr untersuchen, müssen wir uns mit dem Antrieb des Geodynamos [a] befassen. Seit den 1940er Jahren wissen die Physiker, dass für die Erzeugung eines planetaren Magnetfelds drei Grundbedingungen erfüllt sein müssen. Neuere Forschungen bauen auf dieser Erkenntnis auf. Zunächst muss eine grosse Menge eines elektrisch leitfähigen Fluids vorhanden sein (also einer Flüssigkeit oder eines Gases). Diese Bedingung erfüllt der flüssige äußere Erdkern, der viel Eisen [b] enthält und den festen inneren Kern aus nahezu reinem Eisen umschließt. Diesem äußeren Erdkern liegt eine 2900 Kilometer mächtige Schicht aus zähflüssigem Gestein auf, der Erdmantel, der wiederum von der sehr dünnen Erdkruste umgeben ist, aus der die Kontinente und der Meeresboden bestehen.[c] Kruste und Mantel üben auf den Kern einen Druck von ungefähr dem Zweimillionenfachen des Luftdrucks auf der Erdoberfläche aus. Ähnlich extreme Werte erreicht die Temperatur im Kern - rund 5000 Grad Celsius, das ist fast so heiß wie die Sonnenoberfläche.

Diese extremen Zustandsbedingungen sorgen dafür, dass die zweite Anforderung für einen planetaren Dynamo erfüllt ist: eine Energiequelle, die das Fluid in Bewegung hält. Die den Geodynamo antreibende Energie ist teils thermischer, teils chemischer Art. Beide Anteile erzeugen in der Tiefe des Kerns einen Auftrieb. Wie in einem Topf Suppe, die auf dem Herd vor sich hin köchelt, ist es am Boden des Kerns heißer als an seiner Grenze zum Erdmantel. (Die hohe Kerntemperatur ist auf die Wärme [d] zurückzuführen, die während der Entstehung der Erde [e] in ihrem Innern zurückbehalten wurde.) Infolgedessen steigt das heißere, weniger dichte Eisen aus der Tiefe empor. An der Grenze zum Mantel gibt es einen Teil der Wärme an diesen ab, sodass es abkühlt, dadurch dichter wird und wieder absinkt. Diesen Prozess des Wärmetransports durch aufsteigende und absinkende Materie nennen die Wissenschaftler thermische Konvektion.[f]

In den 1960er Jahren vermutete Stanislav Braginsky (nun an der University of California in Los Angeles, Ca.), dass in dem Maße, in dem der äußere Kern Wärme nach außen transportiert, der feste innere Kern anwächst. Somit gäbe es zwei zusätzliche Faktoren, die für Auftrieb sorgen. Lagern sich beim Erstarren der Eisenschmelze Eisenkristalle an der Außenseite des inneren Kerns an, so wird Bindungsenergie frei, die zum thermischen Auftrieb beiträgt. Zudem werden weniger dichte Verbindungen wie Eisensulfid oder Eisenoxid aus den Kristallen des inneren Kerns ausgetrieben und steigen durch den äußeren Kern auf, was die Konvektion verstärkt.

Als dritte Bedingung für ein sich selbst erhaltendes Magnetfeld muss der Planet rotieren [f]. Über die so genannte Corioliskraft beeinflusst die Drehung die im Erdkern aufsteigende und absinkende Schmelze auf die gleiche Weise, wie sie den Hoch- und Tiefdruckgebieten in der Atmosphäre ihren von den Wetterkarten her bekannten typischen Drehsinn vermittelt. Die Corioliskraft zwingt die aufsteigende Schmelze auf korkenzieherähnliche Schraubenbahnen, so als würden sie den Windungen einer Spiralfeder folgen.

Diese drei Eigenschaften - eine eisenreiche Schmelze im Kern, genug Energie, um die Konvektion aufrechtzuerhalten, und die Corioliskraft, welche die Konvektionsströme verdrillt - sind die Hauptgründe, warum der Geodynamo seit Jahrmillionen unablässig funktioniert. Doch um zu klären, wie daraus das irdische Magnetfeld entsteht und warum es von Zeit zu Zeit seine Polarität wechselt, brauchen wir weitere Informationen.

Einen großen Schritt kamen die Wissenschaftler voran, als sie hochwertige Karten des Erdmagnetfelds verglichen, die im Abstand von zwanzig Jahren erstellt wurden. Der NASA-Satellit Magsat hatte das geomagnetische Feld bereits 1980 vermessen; der dänische Forschungssatellit Ørsted und der vom Geoforschungszentrum Potsdam betriebene Minisatellit Champ taten das Gleiche ab 1999 beziehungsweise 2000. Unter der Annahme, dass die elektrischen Ströme im Erdmantel vernachlässigbar klein sind, projizierten die Forscher die Satellitendaten auf die Kern-Mantel-Grenze. Über die Verhältnisse im Erdkern, in dem die Fluktuationen des Magnetfelds ihre Ursache haben, können die Wissenschaftler keine Aussagen treffen, denn starke elektrische Strömungen verhindern jede direkte Messung des gewaltigen und sehr komplexen Magnetfelds in diesem Bereich.[g] Trotz dieser Einschränkung haben die Forscher bemerkenswerte Erkenntnisse gewinnen können, unter anderem über den möglichen Beginn einer neuen Polumkehr.

Gary A. Glatzmaier [h]/Peter Olson [i]
aus »Spektrum der Wissenschaft« 9/2005; S.56f

Unsere Anmerkungen

a] eine typische Vorstellung der Naturwissenschaft, die nur zu oft kritiklos Begriffsbilder aus eben jener Technik übernimmt, die sie selbst herausgesetzt hat (Gedankenrückkoppelung)
b] Fe (vgl. MblB.36c) aus dem Marszutand der Erde (vgl. Mbl.6)
c] R.STEINER am 16.IIII.1906 (in «GA 96»; S.32): "Auch für die hellseherische Forschung besteht die Erde aus Schichten, und es stellt sich heraus, daß diese Schichten stufenweise wahrnehmbar werden." Nach dem Geodätischen Weltsystem von 1961 beträgt der Äquatorradius der Erde 6378,163 km, der Polradius 6356,777 km.
d] Dem Menschen wohnt diese Wärme als Kerntemperatur (ca. 310,15°K bzw. 37°C oder 98,6°F) inne.
e] als einer Sonnengeborenen
f] vgl. WfGW-Mbl.14: Anm.4
g] Da es sich um Lebensprozesse des Planeten handelt, wird man mit den Mitteln einer durch Abtötung analysierenden Wissenschaft keine endgültigen Aussagen darüber finden können.
h] Professor für Geowissenschaften an der University of California in Santa Cruz, Ca.
i] forscht seit 1978 an der Fakultät für Planeten-u.Geowissenschaften der John Hopkins University in Baltimore, Md.

red.13.IX.2005
WfGW, 1030 Wien / AT