Der Erdkern hat umgedreht – Forscher entdecken 70 Jahre währenden Tanz in 6.000 Kilometer Tiefe

Der innere Kern als feste Kugel inmitten der Erde. (Bildquelle: Adobe Firefly, generative KI)

Eine starre Riesenkugel aus Metall sitzt 6.000 Grad heiß kochend inmitten der Erde. Von immensem Druck zusammengepresst, herrscht mehr als 5.000 Kilometer unter unseren Füßen scheinbar Stillstand – doch weit gefehlt.

Seit Langem wissen wir, dass sich der innere Erdkern unabhängig von der Oberfläche dreht. Allerdings stellten jetzt Forscher fest, dass er seine Drehrichtung über die vergangenen Jahrzehnte gewechselt sowie deutlich abgebremst hat.

Erdkern, Drehung, Bewegung von Massen… War da nicht was mit dem uns alle vor Unheil schützenden Magnetfeld? Ja und nein. Wir erklären euch, welchen Einfluss der Tanz des Innersten der Erde auf den unsichtbaren Schirm hat.

Aber hier schonmal Entwarnung: Es droht keine Gefahr, egal, was der Erdkern treibt – spannend bleibt es trotzdem.

Zum Glück, denn ein Zusammenbruch des Erdmagnetfeldes wäre katastrophal, stellt es doch den wichtigsten Schutzschirm vor interstellarer Strahlung und Sonnenstürmen dar. Besonders heftige von letzteren können aber auch so Schäden anrichten, wie zum Beispiel im Jahr 12.276 vor Christus.

Das Magnetfeld unserer Erde schützt uns vor gefährlicher Strahlung aus dem Weltall. (Bildquelle: ESA)

Der 70-jährige Tanz des Erd-Herzens

Ein Team von Wissenschaftlern berichtet in einem Paper im maßgeblichen Fachmagazin Nature vom Ergebnis der Studie von seismischen Wellen der jüngsten Jahrzehnte. Sie analysierten Messungen aus dem Zeitraum 1991 bis 2023 zweier Stationen in Nordamerika, die Erschütterungen aufgezeichnet haben, welche von Erdbeben nahe der South Sandwich Islands (nördlich der Antarktis) herrühren. Die Wellen haben die Erde durchquert und dabei den rotierenden inneren Erdkern gestreift.

Was genau macht den inneren Erdkern aus und was liegt über ihm?

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Die Erde ist folgendermaßen aufgebaut, senkrecht von unten nach oben (via eskp):

Innerer Kern (IK), ein fester Metallball als Mittelpunkt der Erde in 6.370 bis 5.100 Kilometer Tiefe. Trotz 5.000–6.000 Grad Celsius ist er aufgrund des gigantischen Drucks fest. Der innere Kern rotiert relativ zur Erdoberfläche. Er besteht hauptsächlich aus Eisen und Nickel
Äußerer Kern (AK), die den IK von 5.100 bis 2.890 Kilometer umgebende flüssige Schicht aus Eisen und Nickel. Der Druck lässt hier ausreichend nach, dass das Metall bei 4.000–5.000 Grad Celsius. Die Strömungen im äußeren Kern erzeugen das Erdmagnetfeld.
Unterer Mantel (UM), der an den AK anschließt. Er beginnt in 2.890 Kilometern Tiefe und endet 660 Kilometer darüber. Silikatgesteine, das reich an Eisen und Magnesium ist, zeigt sich weder flüssig noch wirklich fest – zumindest aus unserer Wahrnehmung. Eher wie Knetmasse könnt ihr es euch vorstellen. Fest, aber plastisch verformbar beschreibt die Wissenschaft einen Ort, der dank hohem Druck und Temperaturen von minimal 400 und maximal 4.000 Grad Celsius einzigartig auf Erden daherkommt.
Der Obere Mantel (OM) bildet die Hülle der inneren Erde. Je weiter wir von ihrem Start in etwa 660 Kilometern Tiefe emporsteigen, desto weicher wird das Silikatgestein. Bis es schließlich in der Asthenosphäre (bei ca. 100–200 Kilometer Tiefe) im oberen Mantel teilweise aufschmilzt. Bis hierhin reichen die im unteren Mantel herauf quellenden Konvektionsströmungen, die die Plattentektonik antreiben. Auf diesem im Vergleich zum Erdinneren kalten Magma-Ozean (ca. 1.200–1.400 °C) schwimmen die Platten, die die Lithosphäre darstellen. Die oberste Schicht davon stellt die...
Erdkruste dar. Maximal 10 Kilometer unter den Ozeanen und höchstens 70 Kilometer unter den Kontinenten dick, überzieht sie als hauchdünne Sphäre die gesamte Erde. Obschon nur von außen sichtbar, macht sie nur einen winzigen Bruchteil an Masse und Dicke der Erde aus. In der Lithosphäre finden geologische Prozesse wie Erdbeben und Vulkanausbrüche ihren Ursprung, die Kruste als Hut trägt die Narben davon zur Schau.

Hierdurch verändern sie sich und tragen so quasi die zu dem Zeitpunkt bestehende Rotationsrichtung und Geschwindigkeit des Kernes in sich. Durch die Analyse von 143 Paaren sich wiederholender Erdbeben ermöglichten sie Vergleiche.

Hierbei fanden sie heraus: Der innere Kern dreht sich nicht gleichmäßig leicht schneller als die Erdoberfläche, sondern bremst mit der Zeit ab und kehrt sogar um. Derzeit rotiert der Kern also entgegengesetzt, aber deutlich langsamer als früher.

Im Detail zeigen die Daten Folgendes:

Vor Anfang 2005 rotierte der innere Kern mit der Erdoberfläche, aber schneller. Er befand sich hier in der sogenannten Superrotation.
2008 erreichte er das Maximum der Superrotation und begann abzubremsen.
Nach 2010 trat der Erdkern in die sogenannte Subrotation ein. Er dreht jetzt also entgegengesetzt zur Erdoberfläche, aber langsamer – ungefähr nur etwa 40 Prozent der Spitzengeschwindigkeit der Superrotation.

Anhand eines Modells, abgestimmt mit seismischen Messwerten, leiteten die Wissenschaftler eine etwa 70-jährige Oszillation des inneren Kerns ab. Dies bedeutet, dass nach etwa 35 Jahren Superrotation eine ebenso lange, aber langsamere Subrotation folgt. Der Kern befand sich vermutlich von den 1970er-Jahren bis 2008 in der Superrotation und könnte um 2043 wieder zu ihr übergehen, wobei die genaue Zyklendauer unsicher ist.

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Okay, aber stellt es was mit dem Magnetfeld an?

Wahrscheinlich haben und werden wir diese Änderung der Drehrichtung oder -geschwindigkeit nie bewusst bemerk(t/en). Aber der intellektuelle Reflex, bei Veränderungen im Erdkern an das Magnetfeld zu denken, ist verständlich. Doch letzteres hat seinen Ursprung durch auf- und absteigende sowie zugleich mit der Erde rotierende Ströme von Metall im äußeren Kern, nicht im Inneren (Geodynamo-Prozess). Allerdings ist eine indirekte Wirkung dieser Veränderung nicht auszuschließen – aber keinesfalls bedrohlich (via weltderphysik).

Wir können das auch anhand der Zeitskalen erkennen:

Der innere Erdkern wechselt nach den neuen Erkenntnissen alle 35 Jahre seine Richtung.
Die Wanderung der magnetischen Pole, also das kilometerweise Verrücken des Nord- und Südpols, erfolgt langsam, mit etwa 40–50 km pro Jahr, sodass merkbare Verschiebungen Jahrhunderte benötigen
Die Polumkehr, bei der Nord- und Südpol die Plätze tauschen, ereignet sich schnellstens alle 200.000 bis 300.000 Jahre, manchmal erst nach fast einer Million Jahren. Der Prozess selbst kann Tausende Jahre dauern, und die letzte Umkehr fand vor etwa 780.000 Jahren statt.

Was indes möglich, jedoch ebenfalls subtil wie auch zugleich als ungefährlich für uns oder das Leben auf Erden gilt, ist eine Verkürzung oder -längerung der Erdtage. Aber da sprechen wir von kleinsten Bruchteilen einer Sekunde, wie sie mitunter auch monumentale Bauwerke der Menschheit in Gebirgsmassiven auslösen können.

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Was bringt uns diese Studie jetzt?

Forschungen dieser Art helfen uns, die komplexen Prozesse im Innersten der Erde zu verstehen – inklusive der Prozesse hinter dem überlebensnotwendigen Erdmagnetfeld.

Denn auch wenn die Richtungsumkehr des inneren Kernes nicht direkt etwas mit dem äußeren zu tun hat, vertiefen wir unser Verständnis von den Vorgängen, die die Erde zu dem machen, was sie ist: ein aktiver, dynamischer Planet, der nicht nur Leben hervorbringen, sondern auch dauerhaft welches zu beherbergen vermag.