Die Simulation der Umpolungen gibt den Geoforschern auch zum ersten Mal einen virtuellen Einblick in das Wirken des "Dynamos" und in die möglichen Ursachen für die Umkehrungen des Magnetfelds.

Lange Zeit kämpften Geophysiker mit einem scheinbaren Paradoxon: Nach gängiger Vorstellung induziert eine Art Dynamo im Inneren der Erde das Magnetfeld. Bei einem solchen hydromagnetischen Dynamo entsteht ein Magnetfeld jedoch nur dann, wenn sich eine leitende Flüssigkeit gegenüber einem elektrisch geladenen Bezugspunkt bewegt. Die Strömung der Flüssigkeit wiederum kommt erst durch das Wirken eines Magnetfelds in Gang.

Mit anderen Worten: Ein klassisches Henne-Ei-Problem. Jeder der beiden Faktoren hängt vom anderen ab, doch welcher war zuerst da? Da es den irdischen Dynamo heute eindeutig gibt, muss er irgendwann einmal begonnen haben. Schon seit Michael Faraday Anfang des 19. Jahrhunderts die Dynamotheorie aufstellte, versuchen die Geoforscher dieses Paradox zu lösen.

Erde als Dynamo? © MMCD

Es gibt es Anhaltspunkte dafür, das die durch die Temperaturunterschiede der verschiedenen Tiefen ausgelösten Konvektionsströmungen eine wichtige Rolle spielen könnten. Vereinfacht ausgedrückt könnte die Wärmeenergie das flüssige Eisen des äußeren Erdkerns in Bewegung setzen. Diese Strömung erzeugt durch einen noch nicht genau erforschten Prozess einen elektrischen Strom, der wiederum das Magnetfeld induziert. Das Magnetfeld seinerseits hält den gesamten Dynamoprozess in Gang.

Es klingt wie ein Perpetuum mobile, scheint aber auf seltsame Weise im Erdinneren zu funktionieren. Neuesten Erkenntnissen und einem verbesserten Computermodell zufolge könnte neben dem inneren und äußeren Erdkern auch der Erdmantel eine wichtige Funktion im komplexen Rückkopplungssystem des Erddynamos haben. In Glatzmaiers Simulation löste die ungleichmäßige Hitzeverteilung an der unteren Grenze des Mantels Veränderungen im Magnetfeld aus. "Variationen im Wärmefluss an der Grenze erzeugen eine Strömung im Kern, ähnliches ist auch bei den Strömungen der Atmosphäre zu beobachten, die durch Temperaturunterschiede angetrieben werden", erklärt Bruce Buffett von der Universität von British Columbia.

Und auch die Häufigkeit und Wahrscheinlichkeit von Umpolungen scheint durch diese Temperaturfluktuationen beeinflusst zu werden. Wenn Glatzmaier das Modell mit jeweils unterschiedlichen Temperaturverteilungen im unteren Mantelbereich laufen ließ, veränderten sich Dauer und Häufigkeit der magnetischen Umpolungen und Events, aber auch die Intensität der resultierenden Magnetfelder.

Doch trotz Fortschritten und Modellierungen - ein Großteil der komplexen Vorgänge des irdischen Magnetismus sind noch immer ungeklärt...