Entdeckung einer völlig neuen Art magnetischer Wellen, die durch den äußeren Kern der Erde fegen

Mithilfe von Informationen der ESA-Satellitenmission Swarm haben Wissenschaftler eine völlig neue Art von Magnetwelle entdeckt, die alle sieben Jahre über den äußersten Teil des äußeren Erdkerns hinwegfegt. Diese faszinierende Entdeckung öffnet ein neues Fenster in eine Welt, die wir niemals sehen können. Diese mysteriöse Welle oszilliert alle sieben Jahre und bewegt sich bis zu 1.500 Kilometer (900 Meilen) pro Jahr nach Westen. Bildnachweis: ESA/Planetary Visions

Während Vulkanausbrüche und Erdbeben uns sofort daran erinnern, dass das Erdinnere alles andere als friedlich ist, finden tief unter unseren Füßen auch andere, schwer fassbare, dynamische Prozesse statt. Mithilfe von Informationen der ESA-Satellitenmission Swarm haben Wissenschaftler eine völlig neue Art von Magnetwelle entdeckt, die alle sieben Jahre über den äußersten Teil des äußeren Erdkerns hinwegfegt. Diese faszinierende Entdeckung, die heute auf dem Living Planet Symposium der ESA vorgestellt wurde, öffnet ein neues Fenster in eine Welt, die wir niemals sehen können.

Das Magnetfeld der Erde ist wie eine riesige Blase, die uns vor dem Ansturm kosmischer Strahlung und geladener Teilchen schützt, die von starken Winden getragen werden, die der Anziehungskraft der Sonne entkommen und durch das Sonnensystem wandern. Ohne unser Magnetfeld könnte das Leben, wie wir es kennen, nicht existieren.

Schwarm-Konstellation. Bildnachweis: ESA/ATG Medialab

Genau zu verstehen, wie und wo unser Magnetfeld entsteht, warum es ständig schwankt, wie es mit dem Sonnenwind interagiert und warum es gerade schwächer wird, ist nicht nur von akademischem Interesse, sondern auch von gesellschaftlichem Nutzen. . Beispielsweise können Sonnenstürme Kommunikationsnetzwerke, Navigationssysteme und Satelliten beschädigen, sodass wir zwar nichts gegen Änderungen des Magnetfelds tun können, aber das Verständnis dieser unsichtbaren Kraft hilft uns bei der Vorbereitung.

Der größte Teil des Feldes wird von einem überhitzten, wirbelnden Ozean aus flüssigem Eisen erzeugt, der den äußeren Kern der Erde 3.000 km (1.900 Meilen) unter unseren Füßen bildet. Wie der rotierende Leiter eines Fahrraddynamos erzeugt er elektrische Ströme und ein sich ständig änderndes elektromagnetisches Feld.

Die Swarm-Mission der ESA, die drei identische Satelliten umfasst, misst diese magnetischen Signale aus dem Erdkern sowie andere Signale aus der Erdkruste, den Ozeanen, der Ionosphäre und der Magnetosphäre.

Seit dem Start des Trios von Swarm-Satelliten im Jahr 2013 haben Wissenschaftler ihre Daten analysiert, um die vielen natürlichen Prozesse der Erde besser zu verstehen, vom Weltraumwetter bis zur Physik und Dynamik des stürmischen Erdkerns.

Mithilfe von Informationen der ESA-Satellitenmission Swarm haben Wissenschaftler eine völlig neue Art von Magnetwelle entdeckt, die alle sieben Jahre über den äußersten Teil des äußeren Erdkerns hinwegfegt. Diese faszinierende Entdeckung öffnet ein neues Fenster in eine Welt, die wir niemals sehen können. Diese mysteriöse Welle oszilliert alle sieben Jahre und bewegt sich bis zu 1.500 Kilometer (900 Meilen) pro Jahr nach Westen. Bildnachweis: ESA/Planetary Visions

Die Messung unseres Magnetfelds aus dem Weltraum ist die einzige wirkliche Möglichkeit, den Erdkern tief zu untersuchen. Seismologie und Mineralphysik geben Aufschluss über die Materialeigenschaften des Kerns, beleuchten aber nicht die dynamoerzeugende Bewegung des flüssigen Außenkerns.

Aber jetzt haben Wissenschaftler mithilfe von Daten aus der Swarm-Mission ein verborgenes Geheimnis aufgedeckt.

Ein in der Zeitschrift veröffentlichter Artikel Proceedings of the National Academy of Sciences, beschreibt, wie ein Team von Wissenschaftlern eine neue Art magnetischer Wellen entdeckt hat, die über die „Oberfläche“ des äußeren Erdkerns streichen, also dort, wo der Kern auf den Mantel trifft. Diese mysteriöse Welle oszilliert alle sieben Jahre und bewegt sich bis zu 1.500 Kilometer (900 Meilen) pro Jahr nach Westen.

Nicolas Gillet von der Université Grenoble Alpes und Hauptautor der Abhandlung sagte: „Geophysiker haben lange die Existenz solcher Wellen theoretisiert, aber es wurde angenommen, dass sie in viel längeren Zeitskalen auftreten, als unsere Forschung gezeigt hat.

„Magnetfeldmessungen von Instrumenten, die auf der Erdoberfläche basieren, deuteten darauf hin, dass es eine Art Wellenbewegung gab, aber wir brauchten die globale Abdeckung, die Messungen aus dem Weltraum boten, um zu zeigen, was wirklich vor sich geht.

„Wir haben Satellitenmessungen von Swarm sowie die der vorherigen deutschen Champ-Mission und der dänischen Ørsted-Mission mit einem Computermodell des Geodynamos kombiniert, um zu erklären, was die Bodendaten produziert haben – und das führte zu unserer Entdeckung.“

Aufgrund der Rotation der Erde reihen sich diese Wellen in Spalten entlang der Rotationsachse auf. Die mit diesen Wellen verbundenen Bewegungs- und Magnetfeldänderungen sind nahe der äquatorialen Region des Kerns am stärksten.

Während die Forschung Magneto-Coriolis-Wellen in der Nähe von sieben Jahren zeigt, bleibt die Frage nach der Existenz solcher Wellen, die zu unterschiedlichen Zeiten oszillieren.

Dr. Gillet fügte hinzu: „Magnetische Wellen werden wahrscheinlich durch Störungen tief im flüssigen Kern der Erde ausgelöst, die wahrscheinlich mit Auftriebsfahnen zusammenhängen. Jede Welle wird durch ihre Periode und typische Längenskala spezifiziert, und die Periode hängt von den Eigenschaften der beteiligten Kräfte ab.Bei Magneto-Coriolis-Wellen zeigt die Periode die Stärke des Magnetfelds innerhalb des Kerns an.

„Unsere Forschung deutet darauf hin, dass wahrscheinlich andere Wellen dieser Art existieren, wahrscheinlich mit längeren Perioden – aber ihre Entdeckung hängt von weiterer Forschung ab.“

Der Swarm-Missionswissenschaftler der ESA, Ilias Daras, sagte: „Diese aktuelle Forschung wird das wissenschaftliche Modell des Magnetfelds im äußeren Erdkern sicherlich verbessern. Es kann uns auch neue Einblicke in die elektrische Leitfähigkeit des untersten Teils des Mantels und auch in die thermische Geschichte der Erde geben.

Referenz: “Satellitenmagnetdaten offenbaren interannuelle Wellen im Erdkern” von Nicolas Gillet, Felix Gerick, Dominique Jault, Tobias Schwaiger, Julien Aubert und Mathieu Istas, 21. März 2022, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2115258119

Diese vom ESA-Programm „Science for Society“ unterstützte Forschung wurde auf dem Living Planet Symposium der ESA vorgestellt, das diese Woche in Bonn, Deutschland, stattfand. Die Teilnehmer erfahren von den neuesten wissenschaftlichen Entdeckungen über unseren Planeten und wie die Beobachtung der Erde aus dem Weltraum die Umweltforschung und Maßnahmen zur Bewältigung der Klimakrise unterstützt. Sie hören auch von neuen Weltraumtechnologien und neuen Möglichkeiten, die sich im sich schnell entwickelnden Erdbeobachtungssektor ergeben. Einige Sitzungen werden live gestreamt, siehe ESA-Web-TV-Kanäle.