Schwachstelle im Magnetfeld der Erde: Forscher rätseln über den Ursprung der "Südatlantischen Anomalie"

Aylin Woodward
·Lesedauer: 5 Min.
Eine künstlerische Darstellung des Erdmagnetfelds, das den Planeten vor Sonneneinstrahlung schützt.
Eine künstlerische Darstellung des Erdmagnetfelds, das den Planeten vor Sonneneinstrahlung schützt.

Die geomagnetische Hülle der Erde hat eine offene Stelle – und sie wächst. Diese Schwachstelle im schützenden Magnetfeld unseres Planeten befindet sich über dem südlichen Atlantik. In den vergangenen zwei Jahrhunderten hat sich das Loch vergrößert und beginnt nun, sich in zwei Teile zu spalten.

Für uns auf der Erde ist das dennoch kein Grund zur Sorge. Das Schutzfeld schirmt den Planeten weiterhin vor der sonst gefährlichen Sonneneinstrahlung ab. Allerdings beeinträchtigt die "Südatlantische Anomalie", wie sie passenderweise genannt wird, Satelliten und andere Raumfahrzeuge, die das Gebiet zwischen Südamerika und dem südlichen Afrika überqueren. Das liegt daran, dass dort höhere Mengen an geladenen solaren Teilchen durch das Magnetfeld sickern. Dies kann zu Fehlfunktionen in Computern und Schaltkreisen führen.

Die Quelle dieser wachsenden „Delle“, wie sie die NASA nennt, ist ein kleines Rätsel. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gehen aber davon aus, dass sie sich weiter ausdehnen wird. „Dieses Ding wird in Zukunft noch größer werden“, sagte Julien Aubert in einem Gespräch mit Business Insider. Er ist Experte für Geomagnetismus am Pariser Institut für Erdphysik. Aubert glaubt, dass die Delle eine Verbindung zu zwei gigantischen Blöcken aus dichtem Gestein haben könnte, die knapp 3.000 Kilometer im Inneren unserer Erde vergraben sind. Aufgrund ihrer Beschaffenheit stören die Blöcke das flüssige Metall im äußeren Kern, das das Magnetfeld erzeugt.

Beide Blöcke sind „millionenfach größer als der Mount Everest in Bezug auf das Volumen“, so Qian Yuan. Er ist Spezialist für Geodynamik an der Arizona State University. Yuan und sein Team glauben, dass die Flecken einen außerirdischen Ursprung haben. Nachdem ein uralter marsgroßer Planet in die Erde gerast ist, könnte er diese Teile zurückgelassen haben.

Bruchstücke eines 4,5 Milliarden Jahre alten Planeten im Inneren der Erde

Etwa 32.000 Kilometer unter der Erdoberfläche erzeugt umherwirbelndes Eisen im äußeren Kern des Planeten ein Magnetfeld. Dieses Magnetfeld dehnt sich von dort bis in den vom Planeten umgebenen Raum aus. Der Wirbel wird zum Teil durch einen Prozess erzeugt, der sich Konvektion nennt. Dabei steigt heißeres, leichteres Metall aus dem Kern in den halbfesten Mantel darüber auf. Dort tauscht es den Platz mit kühlerem, dichterem Mantelmaterial. Dieses sinkt in den darunterliegenden Kern ab.

Irgendetwas an der Grenze zwischen Kern und Mantel unter dem Gebiet des südlichen Afrikas stört allerdings die Konvektion. Das hat zur Folge, dass das Magnetfeld darüber schwächer ist als überall sonst. Es ist plausibel, sagt Aubert, dass einer der Blöcke, die Yuan und sein Team untersuchen, an der Schwächung des Magnetfeldes Schuld ist.

Yuans Forschungsteam geht davon aus, dass die Blöcke Überreste eines alten Planeten namens Theia sind. Dieser Planet ist vor ungefähr 4,5 Milliarden Jahren auf die Erde geprallt – die Kollision half bei der Entstehung des Mondes. Nach dem Aufprall, so die Annahme, könnten zwei Teile von Theira in die Erdoberfläche eingedrungen und versunken sein, wo sie im tiefsten Teil des Erdmantels konserviert worden.

Yuan sagt, dass diese Klumpen zwischen 1,5 und 3,5 Prozent dichter sind als der Rest des Erdmantels. Ebenfalls geht der Forscher davon aus, dass sie heißer sind. Genannt werden diese Blöcke „Low-Shear-Geschwindikeits-Regionen“. Wenn diese Brocken in die Konvektionen geraten, könnten sie die reguläre Strömung durcheinander bringen. Das wiederum könnte dazu führen, dass das Eisen im Kern unter dem südlichen Afrika in die entgegengesetzte Richtung wirbelt, als das Eisen in den anderen Teilen des Kerns.

Die Ausrichtung des Erdmagnetfeldes hängt davon ab, in welche Richtung sich das Eisen im Inneren bewegt. Um ein starkes Magnetfeld zu erzeugen, muss das gesamte Gebiet in die gleiche Richtung ausgerichtet sein. Daher schwächen alle Bereiche, die vom üblichen Muster abweichen, die Gesamtstärke des Magnetfeldes.

Eine Visualisierung des Magnetfeldes der Erde.
Eine Visualisierung des Magnetfeldes der Erde.

Dennoch ist es möglich, dass diese Regionen mit niedrigen Schergeschwindigkeiten gar nicht für die Schwachstelle des Magnetfeldes verantwortlich sind. „Warum tritt die gleiche Schwäche nicht im Magnetfeld über dem Pazifik auf, wo sich eine weitere Region befindet?“, fragt sich etwa der Geophysiker der Technischen Universität von Dänemark, Christopher Finlay.

Eine 'gefährliche Region'

Ein schwächeres Magnetfeld hat zur Folge, dass mehr geladene Teilchen aus dem Solarwind Satelliten und andere Raumfahrzeuge in der erdnahen Umlaufbahn erreichen. Das kann Probleme mit elektronischen Systemen verursachen, die Datenerfassung unterbrechen und teure Computerkomponenten vorzeitig altern lassen. In den 1970er, 1980er und 1990er Jahre kam es bei der Südatlantik-Anomalie häufig zu Satellitenausfällen, so Aubert.

Die Europäische Weltraumorganisation ESA hat festgestellt, dass Satelliten, die durch die Region fliegen, auch heute noch „eher technische Fehlfunktionen aufweisen“. Dazu können beispielsweise kurze Störungen zählen, die die Kommunikation unterbrechen. Aus diesem Grund schalten Satelletitenbetreiber üblicherweise nicht benötigte Komponenten ab, wenn die Objekte das Gebiet durchfliegen. So durchquert auch das Hubble-Weltraumteleskop die Anomalie in zehn seiner 15 Umläufe um die Erde pro Tag. Damit verbringt es fast 15 Prozent seiner Zeit in dieser „gefährlichen Region“, so die NASA.

Das Hubble-Weltraumteleskop der NASA in der Umlaufbahn.
Das Hubble-Weltraumteleskop der NASA in der Umlaufbahn.

Die Schwachstelle wird zunehmend größer

Die Forscherinnen und Forscher der Europäischen Weltraumorganisation haben ein Set aus drei Satelliten entwickelt, die zusammen den Spitznamen Swarm tragen. Sie werden dazu verwendet, die Südatlantik-Anomalie zu beobachten. Einige Studien deuten darauf hin, dass sich die Gesamtfläche der Region in den vergangenen 200 Jahren vervierfacht hat.

Die Forscherinnen und Forscher gehen ebenfalls davon aus, dass sich die Region Jahr für Jahr weiter ausdehnt. In den vergangenen zehn Jahren hat Swarm ebenfalls beobachtet, wie sich die Anomalie in zwei Hälften geteilt hat. Ein Bereich der magnetischen Schwäche hat sich über dem Ozean südwestlich von Afrika entwickelt, während ein anderer Bereich östlich von Südamerika liegt.

Die Stärke des Erdmagnetfeldes im Jahr 2020, gemessen von den SWARM-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation. Der schwächere Bereich des Feldes ist in blau zu sehen.
Die Stärke des Erdmagnetfeldes im Jahr 2020, gemessen von den SWARM-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation. Der schwächere Bereich des Feldes ist in blau zu sehen.

Diese Erkenntnisse sind laut dem dänischen Forscher Finlay schlechte Nachrichten. Denn es bedeutet, dass auch die „gefährlichen Regionen“ für Raumfahrzeuge zunehmend größer werden. Satelliten werden demnach nicht nur Probleme über Südamerika haben – sondern wohl auch, wenn sie über das südliche Afrika fliegen.

Dieser Artikel wurde von Julia Knopf aus dem Englischen übersetzt und editiert. Das Original lest ihr hier.