Tief unter dem Pazifik hat sich offenbar etwas verändert, das Geophysiker überrascht. Im äußeren Erdkern der Erde kehrte sich eine gewaltige Strömung aus flüssigem Eisen plötzlich um. Statt wie zuvor überwiegend nach Westen zu fließen, bewegte sie sich ab etwa 2010 nach Osten.
Die Veränderung spielte sich mehr als 2000 km unter der Erdoberfläche ab. Sichtbar wurde sie erst durch die Auswertung jahrzehntelanger Magnetfelddaten von Satelliten und Bodenstationen. Eine aktuelle Studie zeigt nun, dass das Innere unseres Planeten deutlich dynamischer sein könnte als lange angenommen.
Für die Forschenden ist vor allem der Zeitpunkt interessant. Denn die Umkehr fällt mit weiteren Auffälligkeiten zusammen: ungewöhnlichen Änderungen des Erdmagnetfelds, Störungen bei periodischen Schwankungen der Erdrotation und Hinweisen auf Veränderungen tief im Erdinneren.
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Der äußere Erdkern arbeitet wie ein Dynamo
Das Magnetfeld der Erde entsteht im äußeren Erdkern. Dort zirkuliert flüssiges Eisen bei Temperaturen von mehreren tausend Grad Celsius. Die elektrisch leitfähige Schmelze bewegt sich ständig und erzeugt dadurch das Magnetfeld unseres Planeten.
Dieses Magnetfeld hält einen Teil der geladenen Teilchen des Sonnenwinds von der Erde fern. Außerdem beeinflusst es, wie stark Satelliten, Navigationssysteme oder Stromnetze von Weltraumwetter betroffen sind.
Lange gingen Fachleute davon aus, dass die großräumigen Strömungen im äußeren Erdkern vergleichsweise stabil bleiben. Zwar verändert sich das Magnetfeld ständig, doch die grundlegenden Bewegungsmuster galten als relativ konstant. Genau daran weckt die neue Studie nun Zweifel.
Unter dem Pazifik änderte sich plötzlich die Richtung
Das Forschungsteam um Frederik Dahl Madsen von der University of Edinburgh rekonstruierte Strömungen an der Oberseite des äußeren Erdkerns zwischen 1997 und 2025. Dafür nutzten die Forschenden Magnetfelddaten verschiedener Satellitenmissionen sowie Messungen von Bodenobservatorien.
Besonders auffällig war eine Region unter dem äquatorialen Pazifik. Dort wechselte die Bewegung des flüssigen Eisens um das Jahr 2010 abrupt die Richtung. Im Fachartikel beschreiben die Forschenden den Wechsel „from weakly westward to strongly eastward“. Aus einer schwachen Westströmung wurde also eine kräftige Ostströmung.
Und weiter: „Wissenschaftler wollen nun verstehen, ob die Umkehr eine kurzlebige Schwankung, Teil einer sich wiederholenden Oszillation oder ein neues stabiles Gleichgewicht für die Kernzirkulation darstellt.“ Interessant ist außerdem: Laut den Modellen könnte sich die Ostströmung seit etwa 2020 bereits wieder abschwächen.
Satelliten machten die Veränderungen sichtbar
Eine zentrale Rolle spielte die ESA-Mission Swarm. Die drei Satelliten messen seit 2013 das Magnetfeld der Erde mit hoher Genauigkeit. Ergänzt wurden die Daten unter anderem durch die älteren Missionen CHAMP und Ørsted sowie durch CryoSat-2.
Die eigentliche Schwierigkeit bestand darin, die Signale aus dem Erdinneren herauszufiltern. Denn das Magnetfeld wird auch durch Prozesse in der Atmosphäre, der Ionosphäre, den Ozeanen oder der Erdkruste beeinflusst. Erst die Kombination vieler Datensätze erlaubte den Forschenden, Veränderungen tief im äußeren Erdkern sichtbar zu machen.
ESA-Missionsleiterin Anja Strømme sagte: „Obwohl Swarm erst nach dem dramatischen Umkehrereignis von 2010 gestartet wurde, hat es hochpräzise Daten geliefert, die uns Aufschluss über das Erdinnere in der darauf folgenden Zeit geben.“
Verbindung zu geomagnetischen Störungen
Die Studie bringt die Strömungsumkehr außerdem mit sogenannten geomagnetischen Jerks in Verbindung. Dabei handelt es sich um plötzliche Änderungen in der Entwicklung des Erdmagnetfelds.
Besonders auffällig war ein Ereignis aus dem Jahr 2017. Damals registrierten Forschende ungewöhnlich schnelle Veränderungen des Magnetfelds im Pazifikraum.
Zusätzlich fanden die Wissenschaftler*innen Hinweise auf wellenartige Bewegungen im äußeren Erdkern. Solche Prozesse könnten erklären, warum sich das Magnetfeld regional zeitweise schneller verändert als erwartet.
Hängt die Veränderung mit dem inneren Erdkern zusammen?
Genau hier wird die Studie besonders spannend. Die Forschenden vermuten, dass die Strömungsumkehr möglicherweise mit Prozessen zusammenhängt, die noch tiefer im Erdinneren ablaufen. Mehrere frühere Untersuchungen hatten bereits Hinweise geliefert, dass sich das Verhalten des inneren Erdkerns verändert haben könnte. Dabei ging es unter anderem um Rotationsmuster und seismische Auffälligkeiten.
Die neue Arbeit behauptet zwar keinen direkten Beweis für einen Zusammenhang. Der zeitliche Gleichlauf fällt jedoch auf. Im Fachartikel schreiben die Forschenden, dass Ereignisse „deeper in the core“ eine Rolle spielen könnten.
Eine andere Erklärung wäre laut Studie, dass Temperaturunterschiede an der Grenze zwischen Erdmantel und äußerem Kern die Strömung beeinflussen. Auch dadurch könnten sich regionale Bewegungen im flüssigen Eisen verändern.
Warum die Entdeckung wichtig ist
Die Strömungsumkehr stellt keine direkte Gefahr dar. Niemand muss deshalb Erdbeben, Klimaänderungen oder einen baldigen Polsprung befürchten. Für die Forschung sind die Ergebnisse trotzdem relevant. Denn das Magnetfeld der Erde verändert sich ständig. Wer diese Prozesse besser versteht, kann langfristig auch Modelle für Satellitennavigation, Weltraumwetter oder geomagnetische Störungen verbessern.
ESA-Wissenschaftlerin Elisabetta Iorfida sagte: „Diese Studie zeigt, dass regionale Veränderungen innerhalb von nur einem Jahrzehnt rasch auftreten können.“ Und weiter: „Die Ergebnisse könnten Wissenschaftlern auch dabei helfen, mögliche Wechselwirkungen zwischen dem äußeren Kern, dem inneren Kern und dem unteren Mantel der Erde zu untersuchen.“
