Woher das Erdmagnetfeld kommt und auch seine grobe Form können Wissenschaftler mit Verweis auf Konvektionsströme im Erdkern bereits gut erklären – rätselhaft allerdings sind noch seine kleinräumigen Strukturen, die sich auf Zeitskalen von Monaten oder Jahren verändern. Diese Schwankungen gehen auf Veränderungen im Erdinneren zurück. Besonders intensiv sind sie in niedrigen Breiten, eine Beobachtung, die in krassem Gegensatz zu theoretischen Vorhersagen steht: Nach dem klassischen Modell des Geodynamos, nach dem Konvektionsströmungen im aus flüssigen Eisen bestehenden äußeren Erdkern das Magnetfeld erzeugen, sollten die stärksten derartigen Oszillationen nahe den Polen auftreten.

Insgesamt ist ihre Verteilung auf dem Globus kurios ungleichförmig: In der Region des Pazifiks sind sie schwach und driften mal in die eine, mal in die andere Richtung, während sie im Atlantikbereich ausgeprägt sind und mit im Mittel etwa 17 Kilometern pro Jahr Richtung Westen wandern – wiederum im Gegensatz zur Theorie, nach der sie eine Tendenz nach Osten zeigen müssten. Drei Forscher stellen nun ein Modell vor, das diese Widersprüche auflösen soll. Wie Julien Aubert, Christopher Finlay und Alexandre Fournier schreiben, verwenden sie eine gängige Computersimulation des Geodynamos, die sie um einige Interaktionen zwischen Erdkern und Mantel ergänzt haben.

Eine wesentliche Ursache der kleinräumigen Schwankungen ist nach dem neuen Modell, dass der aus festem Eisen bestehende innere Erdkern durch die Schwerkraft an den Erdmantel gekoppelt ist: Dichteanomalien und Buckel an den Grenzflächen zum flüssigen äußeren Kern ziehen sich gegenseitig an. Der innere Kern wiederum wird von Konvektionsströmen im äußeren Kern konstant nach Osten abgelenkt – und zieht durch seine Schwerkraft den Erdmantel mit. Weil der Drehimpuls des Planeten insgesamt gleich bleibt, muss ein Teil des flüssigen äußeren Erdkerns nach Westen strömen. Diese Strömung, die sich im Äquatorbereich des Erdmantels konzentriert, erzeugt nach Ansicht der Wissenschaftler den ersten unerwarteten Befund, dass sich die Unregelmäßigkeiten des Magnetfelds in der Nähe des Äquators konzentrieren.

Dass gerade die Atlantikregion magnetisch so aktiv ist, führt das Team ebenfalls auf räumliche Variationen an der Grenzfläche des inneren Kerns zurück. Unter Indonesien liegt ein Bereich des Erdkerns, an dem das flüssige Eisen des äußeren Erdkerns besonders schnell auskristallisiert – die freigesetzte Energie treibt heftige Konvektion an, die eine halbe Erdumdrehung nach Westen dann die Grenze zum Erdmantel erreicht und dort das Magnetfeld in Wallung bringt. Kühlere Bereiche an der unteren Grenze des Mantels – womöglich einst subduzierte ozeanische Platten – schwächen dagegen die Variationen im Pazifikraum ab.

Das neue Modell reproduziert nach Ansicht des Forscherteams die wesentlichen Unregelmäßigkeiten des Erdmagnetfelds auf Zeitskalen von Monaten und Jahren recht gut. Auch die vom Modell vorausgesetzten Strömungsverhältnisse im Erdkern passen zu den mit seismischen Methoden erhobenen Beobachtungsdaten. Die Simulation deutet außerdem darauf hin, dass die kleinskaligen Veränderungen im Magnetfeld einem jahrhundertelangen Zyklus unterliegen – ob sich das bewahrheitet, werden allerdings zukünftige Messungen erst noch zeigen müssen.