Rund 2900 Kilometer unter unseren Füßen bewegt sich flüssiges Metall in ständigem Fluss und hält das Magnetfeld der Erde am Leben. Eine neue Auswertung geomagnetischer Daten zeigt nun, dass eine großräumige Strömung im flüssigen Erdkern ihre Richtung umgekehrt hat. Der Wechsel setzte offenbar um das Jahr 2010 unter dem Pazifik ein und verändert das Bild vom tiefen Inneren des Planeten. Bemerkenswert ist vor allem, dass die Ursache dieser Umkehr bislang niemand sicher benennen kann. Was der Vorgang für das Erdmagnetfeld bedeutet, wird nun neu diskutiert.
Der Kern der Erde besteht aus zwei Teilen. Im Zentrum sitzt ein fester innerer Kern aus Eisen und Nickel, umgeben von einem flüssigen äußeren Kern, in dem geschmolzenes Eisen unaufhörlich strömt. Genau diese Bewegung treibt den sogenannten Geodynamo an, der das Erdmagnetfeld erzeugt und aufrechterhält. Das Magnetfeld schützt die Atmosphäre vor dem Sonnenwind und lenkt geladene Teilchen ab, die sonst ungehindert auf die obere Lufthülle träfen. Weil niemand bis in diese Tiefe vordringen kann, bleibt das Erdinnere für die direkte Beobachtung unzugänglich. Forscher sind daher auf indirekte Spuren angewiesen, vor allem auf feine Veränderungen des Magnetfelds an der Oberfläche, aus denen sich die Bewegungen weit unten rekonstruieren lassen.
Die Strömungen an der Obergrenze des flüssigen Kerns wirken wie ein langsam mahlendes Räderwerk. Über Jahrzehnte hinweg erschienen viele ihrer großräumigen Muster erstaunlich stabil, weshalb sie als weitgehend gleichförmig galten. Erst der Vergleich langer Messreihen macht sichtbar, dass sich einzelne dieser Muster deutlich stärker verändern als angenommen. Die Bewegung des flüssigen Eisens ist eng mit dem Verhalten des inneren Kerns und mit der Verteilung von Masse im darüberliegenden Gesteinsmantel verknüpft. Kleine Verschiebungen im tiefen Untergrund summieren sich über Jahre zu einer messbaren Signatur im Magnetfeld. Wer diese Signatur geduldig entschlüsselt, kann Rückschlüsse auf die Richtung und die Stärke der Strömungen ziehen, ohne den Ort jemals zu betreten.
Ein Team um die Universität Edinburgh hat mithilfe einer statistischen Zerlegung, der Hauptkomponentenanalyse, die Strömung an der Oberseite des flüssigen Kerns über viele Jahre nachgezeichnet. Dabei zeigte sich, dass eine kräftige, ostwärts gerichtete Strömung unter dem Pazifik ihr Verhalten umgekehrt hat. Der Wendepunkt liegt bei etwa 2010, und die zuvor dominante Ostbewegung hat sich seit rund 2020 spürbar abgeschwächt. Die Fachleute stützen sich dabei nicht auf einen einzelnen Messwert, sondern auf ein Modell, das die verfügbaren geomagnetischen Daten zusammenführt. Details der Auswertung samt der zugrunde liegenden Methode sind in der Fachveröffentlichung zur Umkehr der Strömung an der Kernoberfläche dokumentiert, die den Befund erstmals systematisch belegt.
So klar der Befund ausfällt, so offen ist die Ursache. Die umgekehrte Strömung fällt zeitlich mit Veränderungen im Verhalten des inneren Kerns zusammen, die aus anderen Beobachtungen abgeleitet wurden. Ein direkter, zwingender Mechanismus lässt sich daraus jedoch noch nicht ableiten, denn die beteiligten Kräfte im Erdinneren greifen auf komplexe Weise ineinander. Hinzu kommt, dass die Aussage auf einer Modellrekonstruktion beruht und nicht auf einer unmittelbaren Messung in der Tiefe. Wie tief das Erdinnere seine Muster über lange Zeiträume verändert, zeigt sich auch an anderen Prozessen im Untergrund, etwa an der überraschenden Häufung von Ausbrüchen, die neue Datierungen der Eifel-Vulkane zutage gefördert haben.
Weil der Geodynamo unmittelbar von der Bewegung im flüssigen Kern abhängt, kann jede Veränderung dieser Strömung das Magnetfeld beeinflussen. Schwankungen des Feldes wirken sich langfristig auf die Navigation, auf Satelliten und auf den Schutz vor geladenen Teilchen aus, weshalb solche Prozesse über die reine Grundlagenforschung hinaus Bedeutung haben. Noch handelt es sich um eine langsame, über Jahrzehnte wirkende Verschiebung, nicht um eine abrupte Umpolung. Die Auswertung liefert dennoch einen wichtigen Baustein, um die Dynamik zwischen innerem Kern, flüssigem Kern und Mantel besser zu verstehen. Wie viel Information selbst unscheinbare Proben über die Bedingungen tief im Untergrund speichern, zeigt der Blick auf versteinertes Holz als Archiv der Erdgeschichte, das Geologen erstmals genauer entschlüsselt haben.
Journal of Studies of Earth's Deep Interior, Principal component analysis of the 2010 reversal of core-surface flow beneath the Pacific Ocean; doi:10.46298/jsedi.17268