Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Magnetfeld, Mantelkonvektion und Tektonik

30.07.2012
Zusammenhang von Magnetfeld, Mantelkonvektion und magnetischen Umpolungen

Das Erdmagnetfeld wird auf einer Zeitskala von zehn bis hundert Millionen von Jahren möglicherweise von Strömungen im Erdmantel beeinflusst. Auch die in der Erdgeschichte häufig geschehenen Umpolungen des Erdmagnetfeldes lassen sich mit Prozessen im Erdmantel verbinden.


Berechnete gegenwärtige Wärmestromverteilung an der Kern-Mantel-Grenze


Einfluss von Subduktionsvorgängen auf die Verteilung des Wärmestroms

Dieses Forschungsergebnis präsentiert eine Gruppe von Geowissenschaftlern in der neuen Vorab-Ausgabe von „Nature Geoscience“ am Sonntag, dem 29. Juli. Es werden Ergebnisse vorgestellt, wie die raschen Prozesse im äußeren Erdkern, die mit Strömungsgeschwindigkeiten von bis zu etwa einem Millimeter pro Sekunde ablaufen, mit den Abläufen im Erdmantel gekoppelt sind, die sich eher im Geschwindigkeitsbereich von Zentimetern pro Jahr abspielen.

Die internationale Wissenschaftlergruppe unter Leitung von A. Biggin von der Universität Liverpool umfasste Mitglieder des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ, des IPGP Paris und der Universitäten von Oslo und Utrecht sowie weitere Partner.

Bekanntlich entsteht das Erdmagnetfeld durch Konvektionsströmungen in einem elektrisch leitfähigen Eisen-Nickelgemisch im flüssigen Erdkern, rund 3000 Kilometer unter der Erdoberfläche. Das Erdmagnetfeld ist hochvariabel, Veränderungen des Erdmagnetfeldes gibt es auf einer Vielzahl von Raum- und Zeitskalen. Über dem flüssigen äußeren Erdkern befindet sich der Erdmantel, dessen Gestein aufgrund der großen Hitze und des hohen Drucks sich plastisch verformbar verhält.

An der Grenze zwischen Erdkern und Erdmantel in 2900 Kilometern Tiefe findet ein intensiver Wärmeaustausch statt, der einerseits aus dem Erdkern in den Mantel gerichtet ist. Andererseits beeinflussen Prozesse im Erdmantel wiederum diesen Wärmefluss. Die interessante Frage ist, wie die viel langsameren Strömungen im festen Erdmantel den Wärmestrom und dessen räumliche Verteilung an der Kern-Mantel-Grenze bestimmen, und inwieweit dadurch das Erdmagnetfeld beeinflusst wird, das aufgrund viel schnellerer Strömungen im Erdkern entsteht.

Schlüsselgröße Wärmetransport
„Die Schlüsselgröße ist der Wärmefluss. Ein kühlerer Erdmantel beschleunigt den Wärmefluss aus dem heißen Erdkern und verändert dadurch die ebenfalls wärmegetriebenen Konvektionsströmungen im Erdkern“, erläutert Bernhard Steinberger vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ. „Aufgrund tektonischer Prozesse in den Mantel absinkende Ozeanböden können zur Abkühlung im Mantel führen. Sie erzeugen an diesen Stellen einen erhöhten Wärmestrom in die kühleren Stellen hinein, und zwar so lange, bis sie zur Umgebungstemperatur aufgeheizt wurden.“ Das kann allerdings schon mehrere Hundert Millionen Jahre dauern.
Umgekehrt führt der heiße Erdkern auch zum Aufsteigen von erhitztem Gestein in großen Blasen, so genannten Mantelplumes, die sich von der Kern-Mantel-Grenze ablösen und sich bis zur Erdoberfläche durchsetzen, Hawaii ist so entstanden. Das erhöht lokal den Wärmestrom aus dem Erdkern heraus und modifiziert so wiederum den Generator des Erdmagnetfeldes.

Umpolungen des Magnetfeldes
In der Erdgeschichte sind Umpolungen des Erdmagnetfeldes nichts Außergewöhnliches, die letzte fand erst vor nur 780 000 Jahren statt, ein – geologisch gesehen – recht kurzer Zeitraum. Die Forschergruppe konnte feststellen, dass im Zeitraum von 200 bis 80 Millionen Jahren vor heute es anfänglich noch häufiger zu Umpolungen kam, nämlich bis zu zehn mal pro hundert Millionen Jahren. „Überraschenderweise stoppten diese Umpolungen vor etwa 120 Millionen Jahren und blieben fast 40 Millionen Jahre aus“ erläutert GFZ-Wissenschaftler Sachs.

Als Grund vermuten die Wissenschaftler eine gleichzeitig stattfindende Umorientierung des gesamten Mantels und der Erdkruste mit einer Verlagerung der geographischen und magnetischen Pole von etwa 30°. Diese als "echte Polwanderungen" bezeichneten Prozesse haben ihre Ursache in einer veränderten Dichteverteilung im Erdmantel. Wenn sich dadurch der Wärmefluss in äquatorialen Gebieten erhöht, führt dies vermutlich zu häufigerer Feldumkehr, wenn er sich verringert, kann die Feldumkehr möglicherweise ausbleiben.

Blick in die Zukunft

Nach gegenwärtigem Wissenstand scheint demnach ein Einfluß der Plattentektonik und Mantelkonvektion auf das Erdmagnetfeld sehr wohl möglich. Der Beitrag zeigt aber auch auf, welche zukünftigen Forschungen noch notwendig sind, um diese Zusammenhänge besser zu verstehen. Insbesondere sollte versucht werden, aus paläomagnetischen Daten weitere Episoden von „echten Polwanderungen“ abzuleiten, und festzustellen, ob diese üblicherweise mit verändertem Verhalten des Magnetfeldes (z.B. Häufigkeit der Feldumkehr) assoziiert sind. Auch sollten künftige Modelle zur Erzeugung des Erdmagnetfeldes den Einfluß der räumlichen und zeitliche Variation des Wärmestroms an der Kern-Mantelgrenze noch genauer untersuchen.

J. Biggin et al., “Possible links between long-term geomagnetic variations and whole-mantle convection processes”, Nature Geoscience, Vol. 5, August 2012, doi:10.1038/NGEO1521
Abb. in druckfähiger Auflösung und eine Animation finden sich unter:
http://www.gfz-potsdam.de/portal/gfz/Public+Relations/M40-Bildarchiv/Magnetfeld_Waermefluss

Kontakt: Dr. Bernhard Steinberger, GFZ, +49-331-288 1881

Franz Ossing | GFZ Potsdam
Weitere Informationen:
http://www.gfz-potsdam.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Der Januskopf des südasiatischen Monsuns
15.06.2018 | Max-Planck-Institut für Chemie

nachricht Was das Eis der West-Antarktis vor 10.000 Jahren gerettet hat, wird ihr heute nicht helfen
14.06.2018 | Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics