Mit Computersimulationen zeigen japanische Geophysiker, wie Strömungen im flüssigen äußeren Erdkern das Magnetfeld der Erde erzeugen können

Konvektion im Erdinneren

Yokohama (Japan) - Ein gigantischer Dynamo wirkt in den Tiefen der Erde und erzeugt das Erdmagnetfeld. Mit aufwändigen Computersimulationen tasten sich nun japanische Geophysiker an eine genauere Erklärung dieses Phänomens heran. Wie sie in der Zeitschrift "Nature" berichten, strömen die heißen Eisenschmelzen auf spiralförmigen, aber abgeflachten Wegen von innen nach außen. Wie genau jedoch das zweipolige Erdmagnetfeld aus dem Zusammenspiel von rotierender Erde und Eisenschmelzen entsteht, bleibt weiterhin ein Rätsel.

"Die Konvektion nimmt Formen von flachen Strömungsstrukturen an", schreiben Akira Kageyama und seine Kollegen von der Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology in Yokohama. Bisher waren die Geophysiker davon ausgegangen, dass sich die durch Wärme aufströmenden Eisenschmelzen entlang von Säulen spiralförmig vom festen Erdkern durch den weiter außen gelegenen flüssigen Erdkern bewegen. Für den neuen Einblick in den Geodynamo waren aufwändige und Monate lange Simulationen mit einem der größten Supercomputer weltweit, dem Earth Simulator, nötig.

Der grundlegende Mechanismus ist vergleichbar mit einem Fahrraddynamo. Hier entsteht ein elektrischer Strom durch die Bewegung eines Magneten, der innerhalb von Drahtspulen rotiert. Im Geodynamo übernehmen die abgeflachten Strömungen der Eisenschmelze die Rolle der Spulen. Angetrieben durch die Hitze des Erdkerns und die Erdrotation kann so ein magnetisches Feld aufgebaut werden.

"Eine einfache Rotationsbewegung des Erdkerns könnte kein Magnetfeld aufbauen", erklärt Ulrich R. Christensen vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Katlenburg. Die neuen Simulationen bilden nach seiner Meinung einen wichtigen Beitrag, um die Details des Geodynamos bald erklären zu können. Obwohl die japanischen Forscher den tatsächlichen Bedingungen im Erdkern von der Viskosität der Eisenschmelze bis zum elektrischen Widerstand so nah kommen wie noch niemand vor ihnen, bleibt auch ihr Modell eine grobe Annäherung. Erst mit weiteren Simulationen, durchgeführt auf noch leistungsfähigeren Supercomputern, könnten die noch rätselhaften Prozesse im Erdkern in Zukunft vollständig verstanden werden.