Gravitationsloch am Südpol: Warum Wasser dort „bergauf“ fließt
Unter der Antarktis liegt das stärkste Gravitationsloch der Erde. Neue Modelle zeigen, wie Mantelströmungen Meer und Eis beeinflussen.
Warum liegt der Ozean am Südpol tiefer? Eine Studie erklärt das antarktische Geoid-Minimum seit 70 Mio. Jahren.
Foto: Smarterpix / mzphoto
Die Schwerkraft gilt als verlässlich. Sie zieht alles nach unten – scheinbar gleichmäßig. Doch global betrachtet ist das Bild differenzierter. Die Erdanziehung schwankt messbar von Region zu Region. Und ihr schwächster Punkt liegt nicht im Indischen Ozean, wie lange angenommen, sondern über der Antarktis.
Genauer: über dem Rossmeer. Dort befindet sich das stärkste sogenannte nicht-hydrostatische Geoid-Minimum der Erde. Die aktuelle Studie in Scientific Reports rekonstruiert dessen Entwicklung über 70 Millionen Jahre.
Inhaltsverzeichnis
Geoid ist nicht gleich Geoid
Zunächst ein wichtiger Punkt: In der Geodäsie wird das Geoid meist relativ zum Referenzellipsoid WGS84 definiert. Dann erscheint das stärkste „Schwere-Loch“ im Indischen Ozean.
Geodynamisch betrachtet nutzt man jedoch ein hydrostatisches Referenzellipsoid. Dieses beschreibt die ideale Erdform allein durch Rotation, ohne innere Dynamik. Zieht man diesen Anteil ab, bleibt das sogenannte nicht-hydrostatische Geoid. Und dort liegt das stärkste Minimum klar über der Antarktis.
Das klingt akademisch, hat aber Konsequenzen. Denn das Geoid entspricht physikalisch der Form der ruhenden Ozeanoberfläche. Wo die Gravitation schwächer ist, liegt diese Oberfläche relativ zum Erdmittelpunkt tiefer. Wasser „fließt“ also in Richtung stärkerer Schwerkraft. Im Extremfall wirkt es so, als würde es bergauf strömen.
Warum ist die Gravitation dort schwächer?
Die Ursache liegt tief im Erdinneren. Gravitation hängt direkt von Massenverteilung ab. Dichteunterschiede im Mantel verändern das Schwerefeld.
Das Team um Alessandro Forte rekonstruierte mithilfe seismischer Tomographie und zeitlich rückwärts gerechneter Mantelkonvektion die Entwicklung dieses antarktischen Geoid-Tiefs über das Känozoikum. Vereinfacht gesagt: Erdbebenwellen dienen als „Beleuchtung“ des Erdinneren.
Forte beschreibt das so: „Stellen Sie sich vor, Sie würden einen CT-Scan der gesamten Erde machen, aber wir haben keine Röntgenstrahlen wie in einer Arztpraxis. Wir haben Erdbeben.“
Das Modell zeigt zwei zentrale Prozesse:
- Abtauchende, kalte Lithosphärenplatten erhöhen lokal die Dichte im tiefen Mantel.
- Aufsteigende, heiße Mantelströmungen sind leichter und erzeugen positive Auftriebskräfte.
Über der Antarktis überlagern sich diese Effekte in besonderer Weise.
Seit 70 Millionen Jahren aktiv
Die Simulationen belegen, dass das Geoid-Minimum dort seit mindestens 70 Millionen Jahren existiert. Allerdings veränderte sich seine Stärke deutlich zwischen 50 und 30 Millionen Jahren.
Diese Phase fällt zeitlich zusammen mit einer markanten Richtungsänderung der Erdrotationsachse, der sogenannten True Polar Wander. Die Modellrechnungen reproduzieren diesen Verlauf und stimmen mit paläomagnetischen Daten überein.
Tiefenstruktur mit Signalwirkung
Die Analyse zeigt:
- Die unteren 1000 km des Mantels liefern langfristig 30–50 % des Signals.
- Seit etwa 35 Millionen Jahren verstärken jedoch Beiträge aus geringeren Tiefen unter 1300 km das Geoid-Minimum deutlich.
Ursache ist eine großräumige Aufströmung heißen Materials aus dem unteren Mantel unterhalb des Rossmeers. Gleichzeitig existieren stabile, dichte Subduktionsreste im tiefen Mantel.
Das Ergebnis ist kein statisches Loch, sondern das Produkt zeitabhängiger Kopplung von positivem und negativem Auftrieb.
Einfluss auf Meeresspiegel und Eis?
Langwellige Geoid-Änderungen beeinflussen den relativen Meeresspiegel. Das Geoid bestimmt die Ozeanoberfläche, während die feste Erdoberfläche anders reagiert. Beide Felder folgen unterschiedlichen physikalischen „Antwortfunktionen“.
Interessant ist die zeitliche Nähe zur großräumigen Vereisung der Antarktis vor rund 34 Millionen Jahren. Ob Mantelprozesse über Geoid-Verschiebungen Randbedingungen für die Eisbildung beeinflusst haben, bleibt offen. Die Autor*innen sprechen hier von einer Hypothese für zukünftige Arbeiten.
Ein Loch, das keines ist
Physikalisch existiert dort kein Loch. Es handelt sich um ein Minimum im Schwerepotenzial. Aber seine Auswirkungen sind real:
- Das Meer liegt dort relativ tiefer.
- Das globale Massenträgheitsmoment ändert sich.
- Die Erdrotation reagiert messbar.
Die Studie zeigt, wie eng Manteldynamik, Schwerefeld, Meeresspiegel und Rotationsverhalten gekoppelt sind. Oder wie Forte es formuliert: „Wie hängt unser Klima mit den Vorgängen im Inneren unseres Planeten zusammen?“
Die Antwort ist komplex. Aber sie beginnt offenbar unter dem Eis der Antarktis.
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