Südatlantische Anomalie im Erdmagnetfeld wächst laut Swarm-Daten weiter

Ein gewaltiger Einbruch im Erdmagnetfeld dehnt sich laut den jüngsten Daten eines Satellitentrios, das unseren Planeten überwacht, weiter aus.

Er trägt den Namen Südatlantische Anomalie und erstreckt sich über den Ozean zwischen Afrika und Südamerika. Die neuesten Messwerte deuten darauf hin, dass sie seit 2014 um etwa die Hälfte der Fläche Kontinentaleuropas gewachsen ist, während ihre magnetische Intensität abnimmt.

Die Beobachtungen zeigen, dass der Ozean aus geschmolzenem Eisen im äusseren Erdkern, der das planetare Magnetfeld erzeugt, weder stabil noch ruhig ist. Stattdessen ist er turbulent und komplex, und sein Verhalten kann das äussere Feld innerhalb weniger Jahre verändern.

Wie das Erdmagnetfeld unseren Planeten schützt

Das Erdmagnetfeld bildet ein riesiges Geflecht magnetischer Feldlinien, das durch den Kerndynamo des Planeten entsteht: die rotierende, elektrisch leitfähige und konvektierende Flüssigkeit im äusseren Kern, welche kinetische Energie in magnetische Energie umwandelt. Es reicht weit in den Weltraum hinaus und schafft eine unsichtbare Struktur um die Erde, die dazu beiträgt, die Atmosphäre zu halten und kosmische Strahlung abzuwehren.

Im Lauf der Erdgeschichte schwankte die Stärke des Magnetfelds immer wieder; bei vollständigen Polumkehrungen drehte es sich sogar gänzlich um. Solche Ereignisse stellen für Leben an der Erdoberfläche keine unmittelbare Gefahr dar, dennoch gibt es andere wichtige Gründe, sie zu untersuchen.

So sind etwa einige Navigationssysteme auf das Erdmagnetfeld angewiesen. Zudem lenkt das Magnetfeld geladene Teilchen ab: Ein schwächeres Feld macht Satelliten anfälliger für gefährliche elektrische Ladungsansammlungen.

Darüber hinaus hält das Magnetfeld Sonnen- und kosmische Strahlung teilweise ab. Astronautinnen und Astronauten sowie Menschen, die in grossen Höhen fliegen, sind daher in Gebieten mit schwächerem Magnetfeld höheren Strahlendosen ausgesetzt.

Ein besseres Verständnis der Veränderungen im Magnetfeld kann aufzeigen, was tief im Inneren unseres Planeten geschieht. Dies wiederum könnte Forschenden helfen, präzisere Vorhersagemodelle für künftige Entwicklungen zu erstellen und diese Probleme abzumildern.

Südatlantische Anomalie im Blick der Swarm-Satelliten

Die Südatlantische Anomalie, kurz SAA, ist mindestens seit den 1960er-Jahren bekannt. Detaillierte und fortlaufende Untersuchungen dazu gab es jedoch erst nach dem Start der Swarm-Mission der ESA im Jahr 2013. Die drei Satelliten wurden dafür konzipiert, gemeinsam das geomagnetische Feld zu kartieren.

Die jüngsten Ergebnisse der Swarm-Mission stellen die bislang längste ununterbrochene Beobachtungsreihe des Erdmagnetfelds dar und legen neue komplexe Eigenschaften der SAA offen.

„Die Südatlantische Anomalie ist nicht einfach ein einzelner Block“, sagt der Geophysiker Chris Finlay von der Technischen Universität Dänemark. „In Richtung Afrika verändert sie sich anders als in der Nähe Südamerikas. In dieser Region geschieht etwas Besonderes, das dazu führt, dass das Feld dort besonders stark schwächer wird.“

Die genaue Ursache der Anomalie kennen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nicht. Sie wissen jedoch, dass sich das Magnetfeld im Erdinneren unter dieser Region nicht wie erwartet verhält. Das Erdmagnetfeld ist annähernd dipolar aufgebaut: Am magnetischen Nordpol tauchen die Feldlinien in den Planeten ein, während sie am magnetischen Südpol aus ihm austreten.

Dies ist eine stark vereinfachte Darstellung. Das Magnetfeld ist insgesamt deutlich komplizierter, doch im Grossen und Ganzen beschreibt dieses Modell sein erwartetes Verhalten. Unter der SAA ist ein Teil des magnetischen Flusses unter der Erdoberfläche auf auffällige Weise umgekehrt.

„Normalerweise würden wir erwarten, dass magnetische Feldlinien auf der Südhalbkugel aus dem Kern austreten. Unter der Südatlantischen Anomalie beobachten wir jedoch unerwartete Bereiche, in denen das Magnetfeld nicht aus dem Kern herauskommt, sondern wieder in den Kern zurückkehrt“, erklärt Finlay.

„Dank der Swarm-Daten können wir erkennen, wie sich einer dieser Bereiche westwärts über Afrika bewegt. Das trägt dazu bei, dass die Südatlantische Anomalie in dieser Region schwächer wird.“

Umgekehrter magnetischer Fluss unter Afrika

Diese Umkehr des magnetischen Flusses könnte mit einer grossen, rätselhaften Ansammlung extrem heissen Materials ausserhalb des Erdkerns zusammenhängen. Sie wird als Afrikanische Provinz mit geringer Scherwellengeschwindigkeit (LLSVP) bezeichnet und liegt unter der SAA.

Diese Ansammlung könnte die Konvektion aus dem Kern stören, wodurch sich wiederum das Verhalten des darüberliegenden Magnetfelds verändern würde. Vermutlich handelt es sich dabei um einen normalen Vorgang auf der Erde; erst seit Kurzem verfügen wir über die Mittel, ihn zu untersuchen.

Zu den weiteren Veränderungen im Erdmagnetfeld, die Swarm erfasst hat, gehören eine leichte Abschwächung über Kanada und eine leichte Verstärkung über Sibirien. Diese stehen mit einer sich verschiebenden magnetischen Struktur unter Nordamerika in Verbindung.

„Es ist wirklich wunderbar, dank der verlängerten Zeitreihe von Swarm das Gesamtbild unserer dynamischen Erde zu sehen“, sagt Anja Stromme, Missionsleiterin von Swarm bei der ESA. „Alle Satelliten sind in gutem Zustand und liefern hervorragende Daten. Daher können wir diese Aufzeichnung hoffentlich über 2030 hinaus fortsetzen, wenn das Sonnenminimum noch nie dagewesene Einblicke in unseren Planeten ermöglichen wird.“

Die Forschung wurde in Physics of the Earth and Planetary Interiors veröffentlicht.