Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Studie zur Entstehung der Strömungen im Inneren der Erde

15.01.2009
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 der Strömungen untersucht. Dabei haben sie durch Laborexperimente und Computersimulationen einen Erklärungsansatz zum Strömungsverhalten gefunden, den sie in der aktuellen Ausgabe der angesehenen Fachzeitschrift Nature vorstellen.

Im Fokus der Forschungsarbeit standen die Strömungen im äußeren Erdkern in 2900 bis 5100 Kilometern Tiefe, der - bei Temperaturen über 3000 Grad Celsius - im Wesentlichen aus flüssigem Eisen besteht und als Dynamo das Erdmagnetfeld erzeugt. Strömungen im System 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 WWU 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 Prof. Hansen. Die Forscher stellen 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", sagt Prof. 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.

Literatur: King E. M. et al. (2009): Boundary layer control of rotating convection systems. Nature 457, 301-304

Dr. Christina Heimken | idw
Weitere Informationen:
http://www.nature.com/nature/journal/v457/n7227/pdf/nature07647.pdf
http://www.uni-muenster.de/Physik.GP/Geodynamik/Willkommen/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen
18.08.2017 | Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

nachricht Klimawandel: Bäume binden im Alter große Mengen Kohlenstoff
17.08.2017 | Universität Hamburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie