Entstehung des Lebens

Geodynamik – Erde in Bewegung

Die Erde besitzt viele Landmassen, einen gigantischen Ozean und eine Atmosphäre, die beste Bedingungen für Leben bietet. Und auch im Inneren der Erde ist alles in Bewegung.

Von Susanne Decker

Immer in Bewegung

Angetrieben durch die Hitze des festen inneren Erdkerns schieben sich Gesteinsmassen langsam und zäh – mit einer Geschwindigkeit von wenigen Zentimetern pro Jahr – in gigantischen Konvektionsströmen durch den Erdmantel.

Sie reagieren durch die dort herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen nicht spröde, wie man es eigentlich von Gestein erwarten würde, sondern plastisch.

Noch tiefer in der Erde, im äußeren (flüssigen) Erdkern, bilden sich ebenfalls Konvektionsströmungen. Die Schmelzen dort sind wesentlich weniger zäh als im Erdmantel und fließen demnach schneller.

Durch die Erdrotation werden sie zusätzlich noch abgelenkt. So entstehen Strömungswalzen, in denen elektrisch geladene Partikel transportiert werden. Um diesen Strom von geladenen Teilchen bildet sich – wie um jeden Strom führenden Leiter – ein Magnetfeld. In diesem Fall: das Erdmagnetfeld.

Die Auswirkungen der mächtigen Gesteinswalzen im Erdmantel und das im äußeren Erdkern erzeugte Magnetfeld der Erde sind klare Anzeichen dafür, dass unser Planet kein starrer Klumpen, sondern auch in seinem Innersten ein agiler, höchst dynamischer Himmelskörper ist, der immer wieder Anlass für Überraschungen bietet.

Launisches Erdmagnetfeld

Das Erdmagnetfeld ist launisch. Wenn sich die Strömungsmuster im äußeren Erdkern ändern, dann ändert sich auch das Magnetfeld. Das passiert ständig und ist völlig normal.

Deshalb sind die magnetischen Pole auch immer in Bewegung. Sie wandern um die geografischen Pole herum (das sind die Stellen auf der Erdoberfläche, an denen unser Planet auf die gedachte Rotationsachse "aufgepiekst" ist). Momentan mit einer Geschwindigkeit von bis zu 40 Kilometern pro Jahr.

Aber damit nicht genug: Zusätzlich zu seinem Wandertrieb hat sich das Erdmagnetfeld im Laufe der Erdgeschichte sogar mehrmals umgepolt. Die letzte Umpolung liegt 800.000 Jahre zurück.

Eine weitere Umpolung scheint uns allerdings gerade wieder bevorzustehen. Seit einiger Zeit beobachten Geowissenschaftler, dass das Erdmagnetfeld schwächer wird. Hält dieser Trend an, dann könnte es in etwa 2000 Jahren erneut eine Umpolung geben.

Keine Kugel, sondern Kartoffel

So hübsch die Vorstellung auch sein mag, dass unser Planet ein Kugel ist: Ganz korrekt ist sie nicht. Durch die Fliehkräfte, die bei der Erdrotation entstehen, nimmt die Erde die Form eines sogenannten Rotationsellipsoiden an.

Das ist so ungefähr die Form eines Hüpfballs, wenn man sich draufsetzt. Und wenn man es, wie manche Geowissenschaftler, noch genauer nimmt, stimmt das auch wieder nicht ganz. Denn durch die unterschiedliche Verteilung und Bewegung der Gesteinsmassen auf der Erdoberfläche und im Erdmantel ist auch die Anziehung auf der Erdoberfläche ungleichmäßig verteilt.

Diese Unterschiede im Erdschwerefeld führen in einem Schwerefeldmodell zu Dellen und Beulen, die immerhin bis zu hundert Meter hoch oder tief sein können. Im Verhältnis zum Erdumfang von immerhin 40.000 Kilometern sind diese Abweichungen verschwindend gering.

Damit man sie überhaupt sehen kann, haben Wissenschaftler vom Geoforschungszentrum Potsdam ein Modell berechnet, in dem die Beulen und Dellen der Deutlichkeit halber stark übertrieben dargestellt sind. Dieses Modell, in Fachkreisen Geoid genannt, hat wegen seiner Form den Spitznamen "Potsdamer Kartoffel" erhalten.

Dem Puls der Erde auf der Spur

Ein gemeinsames Projekt des Geoforschungszentrums Potsdam und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt hat der Geowissenschaft im Bereich der Magnetfeld- und Erdschwerefeldmessung eine technologische Revolution beschert.

Im Jahr 2000 wurde der deutsche Geoforschungssatellit "CHAMP" (CHAllenging Minisatellite Payload) von einem Startplatz in Russland aus per Rakete ins All befördert. Auf eine 460 Kilometer von der Erdoberfläche entfernte Umlaufbahn.

Eigentlich ist das eine ziemlich niedrige Flughöhe für einen Satelliten. Der Grund dafür war seine "Mission": Vom Weltraum aus hat "CHAMP" das Erdmagnetfeld und das Erdschwerefeld vermessen.

So fern, aber im Vergleich zu anderen Satelliten doch so nah an der Erde, lieferte "CHAMP" hochaufgelöste globale Daten, die den Geowissenschaftlern einen sehr präzisen Blick auf die Prozesse des Gesamtsystems Erde ermöglichten – von den obersten Atmosphärenschichten bis tief in das Innerste unseres Planeten.

Nach zehn Jahren verglühte CHAMP beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre. Die Mission dauerte fünf Jahre länger als geplant und lieferte den Wissenschaftlern präzise Daten über das Magnetfeld der Erde.

(Erstveröffentlichung 2009, letzte Aktualisierung 20.08.2020)