Der harte Erdkern ist in eine Schicht aus flüssigem Metall eingebettet und dreht sich. Aber in welche Richtung? Und warum?

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Die tiefste Bohrung des Menschen kam gerade einmal 12.262 Meter weit in Richtung Erdinneres. Das ist nicht einmal ein Tausendstel des Erddurchmessers von 12.742 Kilometern. Dennoch weiß die Wissenschaft relativ gut über das Innere der Erde Bescheid – auch wenn es nach wie vor einige spannende Fragen gibt, über die nach wie vor heftig diskutiert wird.

Einer der umstrittensten dieser Fragen widmet sich eine Studie, die am Montag im renommierten Fachblatt "Nature Geoscience" erschien: Darin behaupten die chinesischen Seismologen Yi Yang und Xiaodong Song (beide Uni Peking), dass der innerste Kern unseres Planeten in den letzten zehn Jahren aufgehört hat, sich schneller zu drehen als der Rest des Erdinneren. Und sie gehen noch weiter: Womöglich ändert der Erdkern alle paar Jahrzehnte seine Rotationsrichtung – und diese Änderungsphase findet gerade statt.

Die vier Schichten des Erdinneren

Die neuen Untersuchungsergebnisse sind nicht unumstritten, was mit der Natur der Sache zu tun hat: Das Innenleben der Erde ist und bleibt eine rätselhafte Angelegenheit, auch wenn einige Grundlagen außer Streit stehen. Sehr grob gesagt besteht die Erde aus vier Schalen, nämlich aus der äußeren Kruste (oder dem oberen Mantel), dem größtenteils festen Erdmantel, gefolgt vom äußeren Kern aus flüssigem Metall und schließlich dem inneren Kern aus Eisen und Nickel, der in etwa so heiß ist wie die Oberfläche der Sonne.

Schematischer Aufbau des Erdinneren. Die Kilometerangaben beziehen sich auf die Entfernung von der Erdoberfläche.

Dieser innere Kern wurde erst 1936 von der dänischen Seismologin Inge Lehmann entdeckt, nachdem sie untersucht hatte, wie sich seismische Wellen von Erdbeben durch den Planeten bewegen. Sie konnte damals zeigen, dass der Planetenkern mit seinem Durchmesser von rund 7.000 Kilometern einen festen inneren Kern besitzen muss, der hauptsächlich aus Eisen besteht und von einer Hülle aus flüssigem Eisen und anderen Elementen umgeben ist.

Die heißdiskutierte Erdkernrotation

Da dieser innere Kern mit einem Durchmesser von rund 2.500 Kilometern durch den flüssigen äußeren Kern vom Rest der festen Erde getrennt ist, kann er sich anders drehen als die Erdoberfläche. Die Drehung des inneren Kerns steht wiederum im Zusammenhang mit dem Magnetfeld, das im äußeren flüssigen Metallkern erzeugt wird, sowie mit der Gravitationswirkung des Erdmantels. Doch wie sich dieser innere Kern bewegt, ist in der Wissenschaft umstritten.

Mitte der 1990er-Jahre gehörte Xiaodong Song, einer der beiden Autoren der neuen Studie, zu den ersten Wissenschaftern, die meinten, dass der innere Kern mit einer anderen Geschwindigkeit rotiert als die Erdoberfläche. Seitdem haben Seismologen Hinweise darauf gefunden, dass die Drehung des inneren Kerns sich etwas schneller vollzieht als jene der Erdoberfläche. Doch in ebendiese Frage kam zuletzt einige Bewegung.

Verlangsamung und Beschleunigung

Im Vorjahr etwa untersuchten der Seismologe John Vidale und die Geowissenschafterin Wei Wang (beide University of Southern California in Los Angeles) seismische Wellen, die durch US-Atomtests in den Jahren 1969 und 1971 erzeugt worden waren. Auf Basis dieser Daten ermittelten sie im Fachblatt "Science Advances", dass der innere Erdkern in diesen Jahren "subrotierte", sprich: Er drehte sich langsamer als der Erdmantel. Erst nach 1971 beschleunigte sich die Rotation wieder.

Nun soll laut Xiaodong Song, der dreißig Jahre lang in den USA forschte, und seinem jungen Kollegen Yi Yang aber wieder alles ein bisschen anders sein: Die beiden Seismologen gehen vereinfacht formuliert von der Theorie aus, dass zwei gigantische Kräfte um die Kontrolle über das Innerste der Welt kämpfen. Das Magnetfeld der Erde, das durch wirbelnde Eisenströme im flüssigen äußeren Kern erzeugt wird, zieht quasi am inneren Kern und bringt ihn ins Trudeln. Diesem Impuls wirkt der Erdmantel entgegen, die viskose Schicht über dem äußeren Kern und unter der Erdkruste, deren immenses Gravitationsfeld den inneren Kern erfasst und seine Drehung verlangsamt.

Gibt es einen 70-Jahre-Rhythmus?

Anhand ihrer neuerlichen Untersuchung seismischer Wellen, die von den 1960er-Jahren bis heute aufgezeichnet wurden, vermuten Song und Yang nun, dass dieses enorme Tauziehen den inneren Kern in einem Zyklus von etwa 70 Jahren hin und her bewegt. In den frühen 1970er-Jahren drehte sich der innere Kern im Verhältnis zur Erdoberfläche nicht. Von da an drehte sich der innere Kern allmählich schneller in Richtung Osten und überholte die Rotationsgeschwindigkeit der Erdoberfläche.

Danach verlangsamte sich die Drehung des inneren Kerns, bis sie irgendwann zwischen 2009 und 2011 zum Stillstand kam. Und nun beginne der innere Kern sich relativ zur Erdoberfläche allmählich nach Westen zu drehen. Wahrscheinlich wird er sich erst beschleunigen und dann wieder abbremsen, um in den 2040er-Jahren einen weiteren scheinbaren Stillstand zu erreichen und seinen letzten Ost-West-Drehzyklus zu vollenden, vermuten die Forscher.

Auswirkungen für die Erdenbewohner

Dieser 70-Jahre-Rhythmus könnte auch für uns spürbar sein, nämlich durch subtile Verschiebungen im Magnetfeld des Planeten oder durch eine geringfügige Veränderung der Tageslänge.

Die Untersuchung wird von Fachkollegen wie John Vidale durchaus gelobt: Es sei eine sorgfältige Studie von exzellenten Wissenschaftern; viele Daten seien darin eingeflossen. Dennoch blieben viele Fragen offen – etwa wie sich die Behauptung der langsamen Rotationsänderung mit anderen Studien vereinbaren lasse, die schnellere Änderungen registrierten. Vidales Zwischenbilanz zur Frage der Erdkernrotation: "Ich denke mir immer wieder, dass wir kurz davor sind, es herauszufinden. Aber ich bin mir nicht sicher."

Die einzige Methode, die Klärung bringen kann, ist für alle an der Erdoberfläche Betroffenen freilich denkbar unangenehm: die bei Erdbeben minutiöse Beobachtung der seismischen Wellen quer durch den Planeten mit seinen 12.742 Kilometer Durchmesser. (tasch, 24.1.2023)