Loch im Magnetfeld: Entwicklung der südatlantischen Anomalie

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Das Erdmagnetfeld schirmt unseren Lebensraum gegen Sonnenwind und Weltraum-strahlung ab. Aufgrund der Feldgeometrie ist die Abschirmung in hohen Breiten am geringsten. Aber auch im Gebiet um den südlichen Atlantik (Südatlantische Anomalie, SAA) ist sie gering, und das globale Dipolmoment hat seit Beginn von Intensitäts-messungen im Jahr 1832 um fast 10 Prozent abgenommen.

(Bild: Verteilung der magnetischen Feldstärke im Jahr 2010 an der Erdoberfläche)

Die Geodynamoprozesse im Erdkern sind zu wenig verstanden, um die zukünftige Ent-wicklung des Dipolmoments und der SAA vorherzusagen. Eine weitere Abschwächung der Abschirmwirkung, global und in der Felstärke der SAA Region, würde zu zunehmenden Problemen für die moderne Technik, insbesondere für Satelliten, führen. Ein besseres Verständnis der die Feldänderungen hervorrufenden Prozesse ist notwendig, um die zukünftige Entwicklung des Magnetfelds abzuschätzen. Die Untersuchung der früheren Entwicklung von Magnetfeldstrukturen auf Zeitskalen von Jahrhunderten bis Jahr-tausenden, basierend auf Archäo- und Paläomagnetischen Daten, ist eine Voraussetzung um in Verbindung mit numerischen Dynamosimulationen neue Einblicke in die Prozesse im Erdkern zu gewinnen.

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(Bild: Änderung der magnetischen Feldstärke von 1980 bis 2010 an der Erdoberfläche)

Wir werden neue Kugelfunktionsmodelle des Erdmagnetfelds für die letzen ein- und zehntausend Jahre entwickeln, die speziell darauf ausgerichtet sind, die detaillierte Ent-wicklung des Dipolmoments vor 1832 zu studieren sowie herauszufinden, ob die SAA eine wiederkehrende Struktur ist. Wir werden zum ersten mal alle verfügbaren historischen und archäomagnetischen Daten, sowohl Richtungen als auch Intensitäten, in einem Modell der letzten 1000 Jahre vereinen. Dazu werden existierende Modellierungs-methoden angepasst und Datenbanken ergänzt werden.

Außerdem werden wir neue archäomagnetische Daten aus historischer Zeit von den Cape Verde Inseln produzieren, die insbesondere Informationen zur frühen Entwicklung der heutigen SAA liefern werden. Um die langfristige Entwicklung dieser Struktur zu unter-suchen werden wir neue paläomagnetische Zeitreihen an verfügbaren marinen Sediment-kernen aus Westafrika, Brasilien und Chile messen. Diese Region ist in bisherigen Modellen zu schlecht durch Daten unterlegt.

Neben neuen Erkenntnissen zur früheren Entwicklung des Dipolmoments und der SAA werden die Modelle auch zur Untersuchung des Verhältnisses von Dipol- zu Nicht-dipolanteilen, hemisphärischen Symmetrien sowie großräumigen Magnetfeldstrukturen an der Kern-Mantel-Grenze dienen. Im Vergleich mit numerischen Dynamosimulationen werden diese datenbasierten Ergebnisse neue Einblicke in den Geodynamoprozess liefern.

Darüberhinaus können die Modelle verwendet werden um die magnetischen Abschirm-wirkung oberhalb de Erde gegen den Sonnenwind und für die Produktion von Nukliden durch kosmische Strahlung während der Vergangenheit abzuschätzen.

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(Bild: Erdmagnet-Dipolachse, verschoben gegenüber dem Erdmittelpunkt, veranschaulicht SAA)

Die Südatlantische Anomalie (englisch South atlantic anomaly, SAA) ist ein Bereich erhöhter Strahlungsaktivität, die mit einer regionalen magnetischen Anomalie zu-sammenhängen dürfte. Ihr Zentrum liegt vor der Küste Brasiliens, ungefähr bei 40° West und 30° Süd.

Der Van-Allen-Strahlungsgürtel umgibt die Erde in einem Abstand von mehreren hundert Kilometern. Im Bereich der Südatlantischen Anomalie kommt er ihr deutlich näher. Niedrigfliegende Satelliten mit einer Inklination zwischen 35° und 60° sind hier einer höheren Teilchenstrahlung aus Protonen und Elektronen ausgesetzt. Auch auf der Erdoberfläche ist die ionisierende Strahlung erhöht.

Bereits Alexander von Humboldt beobachtete um 1830 die verringerte Stärke des Erdmagnetfeldes über dem südlichen Atlantik. Eine Ursache dafür ist, dass die Dipolachse des Magnetfeldes nicht durch das Geozentrum (Erdmittelpunkt) verläuft, sondern um 450 km in Richtung 140° östlicher Länge (ca. nach Neuguinea) – also entgegengesetzt zur geografischen Länge der Südatlantischen Anomalie.

Die Südatlantische Anomalie wandert derzeit um 0,3° pro Jahr nach Westen. Die Geschwindigkeit liegt in der Größenordnung der differentiellen Rotation der Erde.

Quellen: PRAVDA TV/Wikipedia/gfz-potsdam.de vom 17.07.2014

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