E10 Gravitations- und Magnetfeld

Thema

Die Gravitations- und Magnetfelder der Erde sind zwei fundamentale globale Messgrößen, die sowohl die innere Struktur des Planeten als auch seine dynamische Aktivität offenbaren.

Eine gravimetrische Anomalie misst den Massenüberschuss oder das Massendefizit unterhalb einer bestimmten Messstation: Ein negativer Wert unter einem Gebirge zeigt an, dass die leichtere Krustenwurzel, die dieses Gebirge in den Mantel absenkt, die zusätzliche Masse, die die Topographie selbst an der Oberfläche bedingt, kompensiert und sogar übersteigt. Ein positiver Wert hingegen tritt in vulkanischen Bögen und Subduktionszonen auf, wo eine dichte Masse – die einer absinkenden kalten Platte – näher an die Oberfläche gelangt. Es gibt zwei sich ergänzende isostatische Mechanismen, die erklären, wie die Kruste im Gleichgewicht bleibt und auf dem Mantel schwimmt: Der eine Mechanismus geht davon aus, dass die gesamte Kruste die gleiche Dichte besitzt und dass lediglich eine tiefere Krustenwurzel einen höheren Berg kompensiert. Die andere Theorie besagt hingegen, dass die Dichte der Erdkruste seitlich variiert, sodass eine Säule aus leichterer Kruste höher aufsteigt, ohne dass zusätzliche Wurzeln in den Erdmantel reichen müssen.

Das Erdmagnetfeld wird durch einen Geodynamo erzeugt: elektrische Ströme zirkulieren im flüssigen äußeren Erdkern aus Eisen und Nickel. Die Magnetohydrodynamik wandelt die kinetische Energie der Konvektion in diesem flüssigen Kern in magnetische Energie um, die das Erdmagnetfeld aufrechterhält. Das resultierende Feld ist derzeit überwiegend dipolar und um etwa elf Grad gegenüber der Erdrotationsachse geneigt.

Wenn sich die magnetischen Nord- und Südpole vollständig umkehren, wird diese Umkehrung in den Gesteinen selbst aufgezeichnet, sobald diese unter eine kritische Temperatur abkühlen. Diese Temperatur fixiert die Richtung des Magnetfelds, das sie in diesem Moment besaßen. Dieser in Gestein eingeprägte Paläomagnetismus ist der Beweis, der letztendlich sowohl die Ozeanbodenspreizung als auch die gesamte Theorie der Plattentektonik bestätigte.

Die von diesem Paläomagnetismus aufgezeichnete Inklination erlaubt es uns auch, den Breitengrad zu berechnen, an dem das Gestein in der Vergangenheit entstanden ist. Hierfür verwenden wir eine etablierte Formel, die diese magnetische Inklination direkt mit dem geografischen Breitengrad in Beziehung setzt. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem Gravitationsfeld und dem Erdmagnetfeld, mit denen diese Beschreibung begann, und der gesamten Geschichte des Planeten, die uns beide Felder gemeinsam rekonstruieren lassen, hergestellt.

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