„Anomales Signal entdeckt“ – Satelliten spüren unerwarteten Prozess im Erdinneren auf
Was Satelliten im Erdinneren entdeckten, war gar nicht ihre Mission. Die Daten enthüllen nun Prozesse, die das Verständnis für die Erde verändern könnten.
Paris – Eigentlich sollen die beiden Satelliten der GRACE-Mission der Forschung Daten über Massenveränderungen an der Erdoberfläche liefern. Die entstehen beispielsweise durch schmelzende Gletscher oder Grundwasserveränderungen. Doch offenbar können die Forschungssatelliten, die von der US-Raumfahrtorganisation NASA und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) betrieben werden, auch tief unter die Erde schauen.
Ein Team aus fünf Forscherinnen hat jedenfalls mithilfe der Satelliten eine ungewöhnliche Gravitationsanomalie unter dem östlichen Atlantik nachgewiesen. Sie deutet auf dramatische Veränderungen in mehr als 2800 Kilometern Tiefe hin – also nahe der Grenze zwischen Erdkern und Erdmantel.
Satelliten blicken tief unter die Erdoberfläche ins Erdinnere
Die Entdeckung gelang dem Team um Charlotte Gaugne Gouranton und Isabelle Panet (beide an der Paris City University) durch die Analyse von Daten der GRACE-Satellitenmission. Diese Zwillingssatelliten, die seit 2002 die Erde umkreisen, messen winzige Veränderungen im Schwerefeld unseres Planeten. „Wir haben im Januar 2007 im östlichen Atlantik ein anomales, nord-südlich ausgerichtetes Gravitationssignal entdeckt, das sich über Zeiträume von wenigen Jahren entwickelt“, schreibt das Team in einer Studie, die im Fachjournal Geophysical Research Letters veröffentlicht wurde. Die Anomalie erstreckte sich über eine ungewöhnlich große Fläche von etwa 7000 Kilometern.
Was diese Entdeckung so besonders macht: Die Forscherinnen konnten nachweisen, dass die gemessenen Gravitationsänderungen nicht allein durch Wassermassenbewegungen an der Erdoberfläche erklärt werden können. Das Signal könne „nicht vollständig durch Umverteilungen der Oberflächenwassermassen erklärt werden“, heißt es in der Studie. Es stamme „wahrscheinlich zumindest teilweise aus der D-Schicht“. Gemeint ist damit die unterste Schicht des Erdmantels, die direkt an den flüssigen äußeren Erdkern grenzt.
Anomalie tief im Erdinneren: Offenbar wird Material umgewandelt
Doch was steckt hinter der Anomalie im Inneren der Erde? Nach sorgfältiger Analyse verschiedener möglicher Ursachen kommt das Forschungsteam zu dem Schluss, dass die Anomalie auf Massenumverteilungen tief im Erdinneren zurückzuführen sein muss. Die Forscherinnen schlagen vor, dass die beobachtete Anomalie Massenumverteilungen während der Perowskit-zu-Post-Perowskit-Phasenumwandlung widerspiegeln könnte.
Es handelt sich dabei vermutlich um die Phasenumwandlung des Minerals Bridgmanit, das zur Gruppe der Perowskite gehört und das häufigste Mineral im unteren Erdmantel ist. Unter extremem Druck und bestimmten Temperaturbedingungen wandelt sich Perowskit (Pv) in Post-Perowskit (pPv) um – eine Transformation, die erst 2004 entdeckt wurde. Diese Umwandlung führt zu einer Dichteänderung von etwa 100 kg/m³, was bei großflächigem Auftreten ausreicht, um messbare Gravitationsänderungen an der Erdoberfläche zu verursachen.
Auch im Erdmagnetfeld wurde zeitgleich eine Veränderung festgestellt
Die Forscherinnen vermuten, dass zwei leicht kältere, etwa 1000 Kilometer breite aufsteigende Heterogenitäten im Mantel diese Phasenumwandlung durchlaufen haben könnten. Besonders bemerkenswert ist, dass die Gravitationsanomalie zeitlich und räumlich mit dem stärksten geomagnetischen Ruck zusammenfällt, der während der GRACE-Beobachtungsperiode aufgezeichnet wurde. Als geomagnetische Rucke bezeichnet man plötzliche Änderungen im Erdmagnetfeld. Diese Übereinstimmung deutet auf einen möglichen Zusammenhang zwischen Prozessen an der Kern-Mantel-Grenze und Veränderungen im Erdmagnetfeld hin.
Die Entdeckung könnte das Verständnis der dynamischen Prozesse im tiefen Erdinneren revolutionieren. Die Forscherinnen schätzen, dass die beobachtete Phasenumwandlung zu Veränderungen im Bereich von zehn Zentimetern in der Topografie der Kern-Mantel-Grenze über einen Zeitraum von etwa zwei Jahren geführt haben könnte. In ihrer Schlussfolgerung betonen die Wissenschaftlerinnen, dass nun untersucht werden muss, wie die beobachteten Veränderungen an der Grenze zwischen Erdkern und -mantel die Kernströmungsdynamik und das geomagnetische Feld beeinflussen könnten. (Quellen: Studie, eigene Recherche) (tab)