Erdkern schwingt wie ein Pendel und verformt sich: Studie löst 30 Jahre altes Rätsel
Uns auf Google folgenDer innere Erdkern schwingt laut einer Nature-Studie wie ein Pendel und verformt sich – das erklärt überraschende Schwankungen der Tageslänge.
Tief unter unseren Füßen, etwa 5000 Kilometer unter der Erdoberfläche, läuft ein erstaunliches Schauspiel ab: Der innere Erdkern – eine feste Kugel aus Eisen und Nickel mit einem Durchmesser von rund 2400 Kilometern – schwingt vor und zurück wie ein Pendel und verformt sich dabei wie eine zähe Flüssigkeit. Was nach Science-Fiction klingt, haben Forscher der University of Alberta jetzt in der renommierten Fachzeitschrift Nature gezeigt. Ihre Entdeckung könnte ein physikalisches Rätsel lösen, das die Geowissenschaften seit mehr als 30 Jahren beschäftigt.
Die Physiker Huifeng Zhang und Mathieu Dumberry rekonstruierten aus seismischen Daten, wie sich der innere Kern zwischen 1964 und 2019 bewegte. Das Ergebnis: „Das Modell der Rotation des inneren Kerns besteht aus einer breiten, mehrere Jahrzehnte umfassenden Schwingung mit einer Amplitude von etwa 2,35° im Verhältnis zum Mantel. Die Rotationsrichtung wechselt um das Jahr 2010 herum von vorwärts auf rückwärts“, schreiben die Forscher in ihrer Studie. Der Kern dreht sich also nicht gleichmäßig oder frei durch, sondern oszilliert in einem Gesamtzyklus von etwa 70 Jahren – die Rotationsrichtung wechselt somit etwa alle 35 Jahre.
Fester Eisenkern im Erdinneren verhält sich wie zäher Brei
Einen solchen 70-jährigen Rhythmus hatten die Geoforscher Yi Yang und Xiaodong Song von der Peking-Universität bereits 2023 aus seismischen Daten abgeleitet. Die neue Arbeit von Zhang und Dumberry liefert nun erstmals den physikalischen Mechanismus, der diese Bewegung erklärt.
Das Besondere an dem neuen Modell: Damit diese Schwingung physikalisch funktioniert, muss sich der innere Kern elastisch verformen. Obwohl er fest ist, verhält er sich unter dem gigantischen Druck von über drei Millionen Atmosphären und Temperaturen von mehr als 5000 Grad Celsius wie eine extrem zähflüssige Masse. Die Forscher sprechen von „viskoser Deformation“.
Erdkern-Bewegung: Warum unsere Tage mal länger, mal kürzer werden
Bereits frühere Untersuchungen deuteten darauf hin, dass der innere Erdkern sich direkt unter unseren Füßen verformt. Die neuen Daten präzisieren dies nun: Die Ergebnisse deuten auf einen inneren Kern mit niedriger Viskosität hin, dessen Oberfläche sich um etwa zehn Meter verschiebt – kontinuierlich über einen Zeitraum von rund zehn Jahren.
Diese Verformung ist der Schlüssel zu einem lange ungeklärten Phänomen: Seit Jahrzehnten wissen Wissenschaftler, dass die Länge eines Tages nicht vollkommen starr ist. Sie schwankt im Millisekundenbereich – mal dreht sich die Erde minimal schneller, mal langsamer. Der Grund liegt im Drehimpulsaustausch zwischen Erdkern und Erdmantel, vergleichbar mit einem Eiskunstläufer bei einer Pirouette: Zieht er die Arme an, dreht er sich schneller; streckt er sie aus, verlangsamt sich die Rotation.
„Wir wissen seit mehr als 30 Jahren, dass die dekadischen Veränderungen der Tageslänge durch Wechselwirkungen zwischen Kern und Mantel verursacht werden. Dennoch fehlte bisher eine erfolgreiche Vorhersage basierend auf einer Modellierung des Drehmoments auf den Mantel“, erklären Zhang und Dumberry.
Nun liefert ihr Modell das möglicherweise entscheidende Gravitationsdrehmoment: Schwingt der elliptisch geformte Erdkern hin und her, verschiebt sich seine Masse gegenüber Dichteanomalien im Erdmantel. Die daraus resultierende Gravitationskraft zieht am Mantel und beschleunigt oder bremst ihn minimal ab – im Zusammenspiel mit elektromagnetischen Kräften an der Kern-Mantel-Grenze.
Forschung im Widerstreit: Wie bewegt sich der Kern wirklich?
Die Dynamik im tiefsten Inneren der Erde ist in der Geophysik seit Langem umstritten. Da direkte Bohrungen in 5000 Kilometern Tiefe unmöglich sind, dient die Seismologie als natürlicher Ultraschall: Forscher analysieren Erdbebenwellen (insbesondere seismische Dubletten) sowie historische Messdaten von unterirdischen Atomwaffentests aus den 1970er-Jahren.
Dabei stehen sich in der Wissenschaft mehrere Thesen gegenüber:
- Pendelnde Schwingung & viskose Verformung: Das aktuelle Modell von Zhang und Dumberry bestätigt einen 70-Jahre-Gesamtzyklus. Dieser wurde bereits 2023 von den Forschern Yi Yang und Xiaodong Song (Peking-Universität) postuliert. Zhang und Dumberry liefern nun die physikalische Begründung dafür.
- Verlangsamung der Rotation (Subrotation): Teams um Seismologe John Vidale von der University of Southern California kamen zu dem Schluss, dass der innere Erdkern sich seit 2010 langsamer dreht als der Erdmantel.
- Periodisches Wackeln: Andere Studien deuten darauf hin, dass der Erdkern etwa alle 8,5 Jahre taumelt.
Zudem liefert die aktuelle Veröffentlichung wichtige Rückschlüsse auf das Erdmagnetfeld: Der innere Erdkern stabilisiert den sogenannten Geodynamo im flüssigen Außenkern. Formveränderungen und Oszillationen an der Kernoberfläche können somit langfristig auch Strömungsmuster des flüssigen Metalls und damit das geomagnetische Feld beeinflussen.
„Insgesamt trägt unsere Studie dazu bei, ein sich abzeichnendes Bild der tiefsten Regionen unseres Planeten in den Fokus zu rücken“, resümieren Zhang und Dumberry. Das Erdinnere ist kein starrer Block, sondern ein dynamisches System, das schwingt, fließt und pulsiert. (Quellen: Universitäts-Mitteilung, Studie, eigene Recherche) (tab)
