Eine neue Studie zeigt, dass der innere Kern schwingt

USC-Wissenschaftler haben Beweise dafür gefunden, dass der innere Kern der Erde oszilliert, was zuvor akzeptierten Modellen widerspricht, die darauf hindeuteten, dass er sich konstant schneller dreht als die Oberfläche des Planeten.

Ihre heute veröffentlichte Studie in Wissenschaftliche Fortschritte, zeigt, dass der innere Kern laut der Analyse der seismischen Daten im Zeitraum von sechs Jahren von 1969 bis 1974 seine Richtung geändert hat. Die Wissenschaftler sagen, dass ihr Modell der Bewegung des inneren Kerns auch die Variation der Tageslänge erklärt, von der gezeigt wurde, dass sie in den letzten Jahrzehnten anhaltend oszilliert.

„Aus unseren Ergebnissen können wir die Verschiebungen der Erdoberfläche im Vergleich zu ihrem inneren Kern erkennen, wie dies seit 20 Jahren behauptet wird“, sagte John E. Vidale, Co-Autor der Studie und Dean’s Professor of Earth Sciences am USC Dornsife College of Briefe, Künste und Wissenschaften. „Unsere neuesten Beobachtungen zeigen jedoch, dass sich der innere Kern von 1969 bis 1971 etwas langsamer drehte und sich dann von 1971 bis 1974 in die andere Richtung bewegte. Wir stellen auch fest, dass die Tageslänge wie vorhergesagt zunahm und schrumpfte.

„Das Zusammentreffen dieser beiden Beobachtungen macht Oszillation zur wahrscheinlichen Interpretation.“

Die Analyse von Atomtests bestimmt die Rotationsgeschwindigkeit und -richtung

Unser Verständnis des inneren Kerns hat sich in den letzten 30 Jahren dramatisch erweitert. Es hat sich gezeigt, dass sich der innere Kern – eine heiße, dichte Kugel aus massivem Eisen von der Größe von Pluto – über Jahrzehnte hinweg bewegt und/oder verändert. Es ist auch unmöglich, direkt zu beobachten, was bedeutet, dass Forscher sich durch indirekte Messungen bemühen, das Muster, die Geschwindigkeit und die Ursache der Bewegung und Veränderungen zu erklären.

Die 1996 veröffentlichte Forschung war die erste, die vorschlug, dass sich der innere Kern mit etwa 1 Grad pro Jahr schneller dreht als der Rest des Planeten – auch bekannt als Superrotation. Nachfolgende Erkenntnisse von Vidale bestärkten die Idee, dass der innere Kern superrotiert, wenn auch langsamer.

Unter Verwendung von Daten des Large Aperture Seismic Array (LASA), einer Einrichtung der US-Luftwaffe in Montana, fanden die Forscher Wei Wang und Vidale heraus, dass sich der innere Kern langsamer als zuvor vorhergesagt drehte, ungefähr 0,1 Grad pro Jahr. Die Studie analysierte Wellen, die von sowjetischen unterirdischen Atombombentests von 1971 bis 1974 im arktischen Archipel Novaya Zemlya erzeugt wurden, unter Verwendung einer neuartigen Strahlformungstechnik, die von Vidale entwickelt wurde.

Die neuen Erkenntnisse ergaben sich, als Wang und Vidale die gleiche Methodik auf ein Paar früherer Atomtests unterhalb der Insel Amchitka an der Spitze des alaskischen Archipels anwendeten – Milrow 1969 und Cannikin 1971. Sie entdeckten die Messung der Kompressionswellen, die aus den nuklearen Explosionen resultieren Der innere Kern hatte eine umgekehrte Richtung und drehte sich mindestens um ein Zehntel Grad pro Jahr unter.

Diese jüngste Studie war das erste Mal, dass die bekannte sechsjährige Oszillation durch direkte seismologische Beobachtung angezeigt wurde.

„Die Idee, dass der innere Kern schwingt, war ein Modell, das es gab, aber die Community war gespalten, ob es realisierbar war“, sagt Vidale. „Wir gingen in die Erwartung, die gleiche Rotationsrichtung und -rate in den früheren beiden Atomtests zu sehen, aber stattdessen sahen wir das Gegenteil. Wir waren ziemlich überrascht, als wir feststellten, dass es sich in die andere Richtung bewegte.“

Zukünftige Forschung, um tiefer in die Frage einzutauchen, warum sich der innere Kern gebildet hat

Vidale und Wang stellten beide fest, dass zukünftige Forschung davon abhängen würde, ausreichend genaue Beobachtungen zu finden, um sie mit diesen Ergebnissen zu vergleichen. Durch die Verwendung seismologischer Daten aus Atomtests in früheren Studien konnten sie den genauen Ort und Zeitpunkt des sehr einfachen seismischen Ereignisses genau bestimmen, sagt Wang. Das Montana LASA wurde jedoch 1978 geschlossen und die Ära der unterirdischen Atomtests in den USA ist vorbei, was bedeutet, dass sich die Forscher trotz der jüngsten Fortschritte in der Instrumentierung auf vergleichsweise ungenaue Erdbebendaten verlassen müssten.

Die Studie unterstützt die Spekulation, dass der innere Kern aufgrund von Schwankungen der Tageslänge – plus oder minus 0,2 Sekunden über sechs Jahre – und geomagnetischen Feldern oszilliert, die beide sowohl in Amplitude als auch in Phase mit der Theorie übereinstimmen. Laut Vidale liefern die Ergebnisse eine überzeugende Theorie für viele Fragen, die von der Forschungsgemeinschaft gestellt werden.

„Der innere Kern ist nicht fixiert – er bewegt sich unter unseren Füßen und scheint alle sechs Jahre ein paar Kilometer hin und her zu gehen“, sagte Vidale. „Eine der Fragen, die wir zu beantworten versuchten, lautete: Bewegt sich der innere Kern allmählich oder ist er im Vergleich zu allem anderen auf lange Sicht größtenteils blockiert? Wir versuchen zu verstehen, wie sich der innere Kern gebildet hat und wie er sich im Laufe der Zeit bewegt – das hier ist ein wichtiger Schritt, um diesen Prozess besser zu verstehen.“