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GRACE & CHAMP
Blick in den Erdkern aus dem Orbit
Redaktion / Pressemitteilung des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ Potsdam
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23. Oktober 2012

Durch Auswertung von Daten zweier Satellitenmissionen konnten Wissenschaftler nun nachweisen, dass sich Änderungen des Erdmagnetfelds in einer bestimmten Region mit Variationen der Erdschwere in diesem Bereich in Verbindung bringen lassen. Offenbar spiegeln sich also Prozesse im äußeren Erdkern auch in Schweredaten wider, deren Auswertung somit einen tiefen Blick ins Innere der Erde erlaubt.

GRACE

Einer der beiden GRACE-Satelliten im Orbit. Bild: Astrium/GFZ

Das Hauptfeld des Erdmagnetfelds wird durch Strömungen von elektrisch geladenem, flüssigen Eisen im äußeren Erdkern erzeugt. Dieses Erdmagnetfeld schützt uns vor der kosmischen Partikelstrahlung. Daher ist es zum Verständnis des irdischen Schutzschildes wichtig, die Vorgänge im äußeren Erdkern zu kennen. Ein Schlüssel dazu sind Messungen des Erdmagnetfeldes selbst.

Einen zweiten, unabhängigen Zugang könnte die Messung winziger Änderungen in der Erdanziehungskraft darstellen, die dadurch entstehen, dass mit dem Strömungsfluss im Erdkern Massenverlagerungen einhergehen. Der Nachweis eines solchen Zusammenhanges von Fluktuationen der Erdanziehung und des Magnetfelds ist jetzt einer deutsch-französischen Gruppe von Geophysikern erstmals gelungen. Sie berichten darüber in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Science of the United States.

Die Forscher werteten Magnetfeld-Messdaten des Satelliten CHAMP des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ in Potsdam sowie hochpräzise Messwerte des Erdschwerefeldes aus, die von der GRACE-Mission stammen, an der das GFZ ebenfalls federführend beteiligt ist. "Das Hauptproblem war die Trennung der einzelnen Anteile der Schweredaten aus dem Gesamtsignal", erläutert GFZ-Wissenschaftler Vincent Lesur, der an der Studie beteiligt war. "Ein Satellit misst nur die gesamte Erdanziehung, die sich aus den Massenanteilen von Erdkörper, Wasser und Eis auf der Erdoberfläche und der Luft zusammensetzt."

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Um die Massenumlagerungen durch Strömungen im äußeren Erdkern zu ermitteln, muss der dadurch bestimmte Anteil an der Gesamtgravitation herausgefiltert werden. "Ähnlich muss aus dem Gesamt-Magnetfeldsignal, das der Satellit misst, der Anteil der magnetischen Erdkruste und der aus Ionosphäre und Magnetosphäre herausgefiltert werde, um die kleineren Veränderungen im äußeren Erdkern zu erfassen", erklärt Lesur weiter.

Mit den Messungen aus den Satellitenmissionen CHAMP und GRACE lag nun ein Datensatz vor, der das erstmals ermöglichte. Bei der Untersuchung konzentrierte sich das Team auf ein Gebiet zwischen Atlantischem und Indischen Ozean, denn hier waren die ermittelten Strömungsflüsse am größten. So konnten im Jahr 2007 extrem schnelle Änderungen (sogenannte "magnetic jerks") im Magnetfeld an der Erdoberfläche beobachtet werden. Diese sind ein Indiz für plötzliche Änderungen von Massenflüssen im oberen äußeren Erdkern und sind wichtig für das Verständnis der Magneto-Hydrodynamik im Erdkern. Mithilfe der Satellitendaten ergab sich nun erstmals auch ein klares Signal aus den Messungen des Erdschwerefeldes.

Für die bisherige Modellvorstellung über die Vorgänge im Erdinneren könnte dies Folgen haben: Bisher ging man beispielsweise davon aus, dass Dichteunterschiede im flüssigen Eisen des Erdkerns nicht groß genug sind, um ein messbares Signal im Erdschwerefeld zu erzeugen. Mit den jetzt ermittelten Massenflüssen im oberen äußeren Erdkern könnte sich somit ein neuer Zugang zur Hydrodynamik des Erdkerns ergeben.

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siehe auch
GRACE: Zehn Jahre Erdschwerefeld im Visier - 19. März 2012
CHAMP: Kleinsatellit seit zehn Jahren im All - 15. Juli 2010
Links im WWW
Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
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