Press release: Magnetfeld an der Erdoberfläche: „Geodynamo“ arbeitet mit nur wenig Energie

Nr. 137/2004 - 13.05.2004

Geophysiker von Universität und Max-Planck-Institut veröffentlichen Ergebnisse in „Nature“
(pug) Das Magnetfeld an der Erdoberfläche entsteht durch wärmebedingte Bewegungen im Eisenkern der Erde unterhalb von 3.000 Kilometern Tiefe. Um dieses Feld dauerhaft aufrecht zu erhalten, ist mit 200.000 bis 500.000 Megawatt weitaus weniger elektrische Energie notwendig als bislang angenommen. Die im Erdkern gespeicherte Wärme reicht aus, um diesen so genannten Geodynamo zu betreiben. Dies haben Prof. Dr. Andreas Tilgner, Direktor des Instituts für Geophysik der Universität Göttingen, und Prof. Dr. Ulrich Christensen vom Max-Planck-Institut für Aeronomie in Katlenburg-Lindau mit Hilfe von Computersimulationen und Laborexperimenten herausgefunden. Ihre Forschungsergebnisse, die auch neue Rückschlüsse auf das Alter des inneren Erdkerns zulassen, haben die Wissenschaftler in der heute erscheinenden Ausgabe der Zeitschrift „Nature“ veröffentlicht.
Der Erdkern besteht aus einem festen inneren und einem geschmolzenen äußeren Eisenkern. Durch den stetigen Fluss der Wärme aus dem Erdkern in den Gesteinsmantel setzt sich das flüssige Eisen in Bewegung – so wie Wasser in einem Kochtopf auf der geheizten Herdplatte. „Die Bewegung des elektrisch gut leitenden Eisens ist die Ursache für den so genannten Dynamoeffekt: sie erzeugt elektrische Ströme, deren Magnetfeld wir an der Erdoberfläche beobachten“, erläutert Prof. Tilgner. Um herauszufinden, wieviel Energie notwendig ist, um diesen Dynamo zu betreiben, kombinierten die Geophysiker Computersimulationen mit den Ergebnissen des so genannten Karlsruher Dynamoexperiments. Mit diesem Experiment konnten sie belegen, dass kleine turbulente Wirbel, die in der Strömung des Erdkerns auftreten, die elektrische Leistung zur Erzeugung des Magnetfeldes nicht wesentlich erhöhen. Mit Hilfe der Computermodelle, die Stärke, zeitliche Veränderung und großräumige Struktur des Magnetfeldes an der Erdoberfläche präzise abbilden, ließ sich dann der Energiebedarf dieses Feldes bestimmen.
Der von Prof. Christensen und Prof. Tilgner errechnete Energiebedarf von 200.000 bis 500.000 Megawatt – so viel, wie einige Hundert große Kraftwerke erzeugen – liegt deutlich unter früheren wissenschaftlichen Schätzungen. „Das bedeutet, dass es keiner besonderen Wärmequelle im Kern bedarf und dass der Dynamo durch die langsame Abgabe der Wärme, die seit der Erdentstehung im Kern gespeichert ist, betrieben werden kann“, so Prof. Christensen. Die Forschungsergebnisse lassen zudem neue Schlussfolgerungen über das Alter des Erdkerns zu. Mit der Abkühlung verbunden ist ein Ausfrieren des flüssigen Eisens. Dadurch wächst der feste innere Erdkern in seinem Durchmesser. Nach den früheren Annahmen eines hohen Energiebedarfs hätte die Abkühlung so rasch erfolgen müssen, dass sich dieser Teil des Erdkerns erst vor einer Milliarde Jahre gebildet und damit nur im letzten Viertel der Erdgeschichte existiert hätte. „Mit dem von uns berechneten geringen Energiebedarf kann die Abkühlung so langsam erfolgen, dass der feste innere Kern über drei Milliarden Jahre alt ist, also nicht viel jünger als die Erde insgesamt“, betont Prof. Christensen. Damit wurden Schlussfolgerungen bestätigt, die andere Wissenschaftler bereits aus der Magnetisierung alter Gesteine gezogen hatten.
Hinweis an die Redaktionen:
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Kontaktadressen:
Prof. Dr. Andreas Tilgner
Georg-August-Universität Göttingen
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Institut für Geophysik
Herzberger Landstraße 180, 37075 Göttingen
Telefon (0551) 39-7482, Fax (0551) 39-7459
e-mail: andreas.tilgner@geo.physik.uni-goettingen.de
Internet: www.geo.physik.uni-goettingen.de
Prof. Dr. Ulrich Christensen
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Max-Planck-Straße 2, 37191 Katlenburg-Lindau
Tel. (05556) 979-542, -467, Fax (05556) 979-219
e-mail: christensen@linmpi.mpg.de
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