TU Braunschweig: Erdmagnetische Variationen  

Die Erde besitzt schon seit ihrer Frühzeit ein Magnetfeld, das seine Ursachen hauptsächlich in einem im äußeren flüssigen Kern der Erde ablaufenden Dynamoprozeß hat. Dieser Vorgang ist instabil und in unregelmäßigen Abständen kommt es immer wieder zu Umpolungen des Dipolfeldes oder kurzen Ereignissen, während derer das Erdmagnetfeld extrem niedrige Feldstärken aufweist. Zur Zeit ist die Feldstärke des Erdmagnetfeldes in schneller Abnahme begriffen. Der Anteil des Dipolmomentes ist in den letzten 300 Jahren um rund 10 % zurückgegangen, im Nordatlantik beträgt die gegenwärtige Abnahme sogar 100 nT/Jahr, also 25 % pro Jahrhundert. Dieser rapide Rückgang der Feldintensität kann als Hinweis auf eine kurz bevorstehende Umpolung des Erdmagnetfeldes oder ein im Vergleich zum mittleren Erdmagnetfeld ungewöhnlich starkes rezentes Feld gedeutet werden. Da das Erdmagnetfeld gemeinsam mit der Atmosphäre ein Schutzschild gegen den Einfall hochenergetischer kosmischer Strahlung auf die Erdoberfläche bildet, stellt sich die Frage, wie sich das Erdmagnetfeld während z. B. einer Umkehr in seiner raum-zeitlichen Struktur darstellt, wie erdmagnetische Variationen im Detail aussehen, welche Ursachen sie haben und ob und in welchem Maße Einwirkungen erdmagnetischer Variationen auf die Erdatmosphäre auftreten.

Ziel des Programmes ist es, ein umfassenderes Verständnis der raum-zeitlichen Struktur erdmagnetischer Variationen insbesondere während der Umpolung des Erdmagnetfeldes zu entwickeln, zu erdmagnetischen Variationen Anlaß gebende geodynamische Prozesse zu identifizieren, geodynamische Prozesse zwecks Interpretation der Beobachtungen raum-zeitlicher Strukturen numerisch zu modellieren und mögliche Auswirkungen auf das System Erde zu untersuchen.

Es sollen dazu in dem hier vorgestellten Schwerpunkt sowohl experimentelle, theoretische als auch numerische interdisziplinäre Untersuchungen zu fünf Komplexen durchgeführt werden:

• Untersuchung der gegenwärtigen säkularen Variationen des Erdmagnetfeldes anhand des 1999 gestarteten deutschen Kleinsatelliten CHAMP und ihrer Beeinflussung durch die elektrische Leitfähigkeitsverteilung im Erdmantel;
• hochgenaue paläomagnetische Untersuchungen an Sedimenten und Vulkaniten vor, während und nach der erdmagnetischen Umkehrung durch die zeitgleiche und erdumspannende Erfassung der erdmagnetischen Variationen des Paläofeldes;
• Untersuchung der für den Remanenzerwerb in Sedimenten wichtigen Faktoren, um paläoklimatische, paläoökologische und paläomagnetische Einflüsse trennen zu können;
• theoretische Studien und numerische Simulationen der dynamischen Vorgänge im Erddynamo zum Verständnis des Umkehrprozesses und zur Interpretation der beobachteten raum-zeitlichen Struktur des Paläo- und rezenten Feldes;
• Untersuchung des Einflusses der Topologie des Erdmagnetfeldes während einer Umkehr auf die Erdmagnetosphäre, den Eintrag hochenergetischer Strahlung in die Atmosphäre und mögliche Auswirkungen auf die obere Atmosphäre.

Obwohl in den letzten Jahren eindrucksvolle Fortschritte gemacht wurden, ist der Geodynamo bisher theoretisch nur sehr unvollkommen verstanden. Übergeordnetes Ziel des Schwerpunktprogrammes ist die Erstellung von Geodynamomodellen, die wesentliche erfaßte Eigenschaften des Erdmagnetfeldes und das volle Spektrum seiner räumlichen und zeitlichen Variationen beschreiben und erlauben festzustellen, ob sich der Geodynamo zur Zeit in der Phase einer Umkehrung befindet.

Die erforderlichen wissenschaftlichen Arbeiten können nur in einer interdisziplinären Forschungskooperation von Geophysik, Geologie, Geodäsie, Geochemie, Sonnenphysik, Atmosphärenphysik, Paläoklimatologie und Paläoozeanographie bewerkstelligt werden. Die für das Erreichen angestrebte Zusammenarbeit und der dafür erforderliche enge Verbund der Disziplinen erfordert eine Koordinierung, die durch ein Schwerpunktprogramm gewährleistet werden kann.

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