Tief in der Erde vollzieht sich eine stille, aber bedeutende Veränderung: Etwa 2.200 Kilometer unter der Erde, nahe dem Pazifikäquator, hat sich die Fließrichtung des äußeren Erdkerns von West nach Ost geändert. Neueste Untersuchungen zeigen, dass diese Umkehr etwa im Jahr 2010 einsetzte und sich nun allmählich abschwächt. Das Forschungsteam geht davon aus, dass dieses Phänomen eng mit dem dynamischen Prozess im tieferen Erdkern zusammenhängt und den Wissenschaftlern voraussichtlich dabei helfen wird, den inneren Funktionsmechanismus des Planeten besser zu verstehen und Vorhersagen über zukünftige geomagnetische Veränderungen zu verbessern.
Relevante Ergebnisse wurden kürzlich im Journal of Studies of Earth's Deep Interior veröffentlicht. Die Studie integrierte Bodenbeobachtungsdaten und Multi-Source-Daten wie die „Swarm“- und „CryoSat“-Missionen der Europäischen Weltraumorganisation, den deutschen „CHAMP“-Satelliten und den dänischen Erdwissenschaftssatelliten „Ørsted“ und führte eine systematische Analyse der Strömung der Erdkernoberfläche von 1997 bis 2025 durch Um 2010 kam es zu einer Richtungsumkehr und begann sich um 2020 wieder abzuschwächen.
Der Erdkern ist eine Kugel mit hoher Temperatur und hoher Dichte aus Eisen und Nickel. Der Innenraum ist mit einer dicken Schicht „Mineralsuppe“ umhüllt. Die Bewegung der darin enthaltenen Materialien ist der Schlüssel zur Entstehung des Erdmagnetfelds. Das Erdmagnetfeld ist wie eine ständig schwankende magnetische Hülle, die sich Zehntausende Kilometer von der Erdoberfläche entfernt erstreckt. Es schützt die Erde vor hochenergetischem Teilchenbeschuss aus dem Weltraum und bietet lebenswichtigen Schutz. Durch die Überwachung subtiler Änderungen im Magnetfeld mit Instrumenten am Boden und im Orbit können Wissenschaftler nicht nur auf Änderungen der Rotationsgeschwindigkeit des inneren Kerns schließen, sondern auch die Strömungsstruktur des flüssigen äußeren Kerns rekonstruieren.
Basierend auf früheren Modellen gehen Wissenschaftler davon aus, dass es im flüssigen Außenkern der Erde insgesamt eine schwache Strömung nach Westen gibt, die eng mit einer riesigen und exzentrischen Zirkulationsstruktur zusammenhängt – der „exzentrischen Planetenzirkulation“. Nach traditionellem Verständnis ist die tiefe Region in der Nähe des Äquators des Pazifischen Ozeans unter dem Einfluss dieser Zirkulation relativ stabil, sodass davon ausgegangen wird, dass die Gesamtbewegung des äußeren Kerns langfristig gesehen in etwa unverändert bleibt. Vor einigen Jahren zeigten Beobachtungsstudien zu Kernoberflächenschwankungen jedoch ein anderes Bild: Analysen zeigten, dass die Strömung in dieser Region nicht mehr einem langsamen Westtrend folgte, sondern sich in eine deutlich starke Ostströmung verwandelte.
Um diese Anomalie zu klären, verwendete ein Team unter der Leitung von Frederik Dahl Madsen, einem Doktoranden an der Universität Edinburgh, Daten zur geomagnetischen Veränderung von 1997 bis 2025 und kombinierte drei verschiedene Modellierungsmethoden, um eine verfeinerte Zeitlinie der Kernoberflächenströmungen zu rekonstruieren. Die Forscher bewerteten die Nichtgleichgewichtseffekte der exzentrischen Planetenzirkulation und anderer tiefer Planetendynamiken auf Fluktuationen der Kernoberfläche, indem sie die Strömungsbeschreibung in ihre grundlegenden Komponenten zerlegten. Die Modellergebnisse deuten auf Folgendes hin: Eine großräumige Strömungsumkehr im Bereich unter dem äußeren Kernpazifik ereignete sich um das Jahr 2010 und hielt danach mehr als zehn Jahre lang an, begann sich jedoch ab etwa 2020 allmählich abzuschwächen.
Das Team stellte außerdem die Hypothese auf, dass es sich bei dieser Strömungsumkehr um ein „Oberflächenecho“ von Ereignissen im tieferen Erdkern um das Jahr 2010 handeln könnte. Sie wiesen darauf hin, dass es in diesem Jahr erkennbare Veränderungen in den seismischen Signalen des periodischen Prozesses im Erdinneren gab und dass dann das Auftreten magnetischer Wellen auf der Kernoberfläche beobachtet wurde. Dies könnte die Übertragung tiefgreifender struktureller Anpassungen nach außen widerspiegeln und sich letztendlich in einer Umkehr der Richtung der äußeren Kernströmung manifestieren. Obwohl die aktuelle Beweislage immer noch von Korrelationen dominiert wird, liefert diese zeitliche Korrespondenz wichtige Hinweise für die nachfolgende Forschung.
Den verfügbaren Daten zufolge gleicht diese Umkehrung der äußeren Kernströmung eher einer kurzfristigen Fluktuation als einem etablierten neuen langfristigen Zustand. Die Forscher wiesen jedoch darauf hin, dass der Fluss des äußeren Kerns und die Rotation des inneren Kerns selbst schwingungsartige Störungsmerkmale mit Schwingungen und Wiederholungen auf mehreren Skalen aufweisen, sodass dieses Ereignis wahrscheinlich kein Einzelfall ist. In Zukunft werden Menschen möglicherweise viele Male ähnliche großräumige Änderungen der Flussrichtung beobachten, und ihre kumulativen Auswirkungen könnten mit der Stärke des Erdmagnetfelds, der Entwicklung geomagnetischer Anomaliegebiete und sogar dem Migrationsverhalten magnetischer Pole auf langen Zeitskalen verknüpft sein.
„Diese großräumige Strömungsumkehr unter dem Pazifischen Ozean wirft neue Fragen für unser Verständnis des Verhaltens im tiefen Erdinneren auf“, sagte Dahl Madsen. Er wies darauf hin, dass die Schlüsselfrage, die die wissenschaftliche Gemeinschaft dringend beantworten muss, lautet: Ist diese Umkehrung nur eine kurzlebige Störung, ein Stadium in einem wiederholbaren Schwingungszyklus, oder weist sie darauf hin, dass die äußere Kernzirkulation in ein neues stabiles Gleichgewicht eintritt? Um diese Möglichkeiten zu erkennen, wird seiner Ansicht nach in den kommenden Jahren eine kontinuierliche Feinüberwachung des Erdmagnetfelds und des Gravitationsfelds von entscheidender Bedeutung sein.
Obwohl es sich bei den aktuellen Schlussfolgerungen noch um „Blicke“ handelt, eröffnet uns diese Forschung ein neues Fenster, um die Funktionsweise des tiefsten Teils der Erde sowie die komplexe Kopplungsbeziehung zwischen der Strömung des äußeren Erdkerns und dem Erdmagnetfeld zu verstehen. Da sich die Beobachtungsmethoden im Weltraum und am Boden weiter verbessern, können Menschen potenzielle drastische Veränderungen in der Struktur des Erdmagnetfelds früher erkennen und so mehr Zeit gewinnen, um zukünftiges „Chaos“ im Erdmagnetfeld vorherzusagen. Die Forschungsergebnisse wurden offiziell im „Journal of Earth’s Deep Interior Research“ veröffentlicht und von vielen Institutionen wie der Europäischen Weltraumorganisation interpretiert.