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The Geomagnetic Field - a Window on the Earths Core

16.11.1999 - (idw) GeoForschungsZentrum Potsdam

"Das Erdmagnetfeld - ein Fenster zum Erdkern"
"The Geomagnetic Field - a Window on the Earth's Core"
Hauptvortrag im Leibniz-Kolleg Potsdam von Professor David Gubbins
am 18. November 1999, 17 Uhr

Achtung, Medien: um 16.30 Uhr findet ein Pressegespräch/ Fototermin mit Prof. Gubbins an der Universität Potsdam, Am Neuen Palais 10, Foyer zum Auditorium Maximum in Haus 8, 14469 Potsdam statt

Menschen haben keine sinnliche Empfindung für das Magnetfeld. Dabei hat es unmittelbaren Einfluß auf ihr Leben. Ohne Kompass wäre über Hunderte von Jahren die Navigation nur sehr ungenau möglich gewesen und damit die Geschichte der menschlichen Gesellschaften anders verlaufen. Zudem lenkt das Magnetfeld den "Sonnenwind" von der Erde ab und bietet daher mit der Atmosphäre den größten Schutz vor schädlicher harter Teilchenstrahlung aus dem Weltraum. Beobachtungen und Messungen der vergangenen 150 Jahre zeigen aber, daß dieser Strahlungsschutz gegenwärtig immer schwächer wird. Die Stärke des Magnetfeldes nimmt zur Zeit so drastisch ab, daß es in ca. 2000 Jahren völlig verschwunden sein könnte. Hochauflösende Satellitenmessungen der letzten 20 Jahre haben ergeben, daß lokal die Abnahme noch stärker sein kann. So wurde z. B. die Magnetfeldstärke im Südatlantik in nur 20 Jahren bereits um 10 % reduziert. Eine derart dramatische Abnahme führt zu einem lokal erhöhten Strahlungshintergrund. Bereits heute erfahren Satelliten unter 1000 km Flughöhe 90 % ihrer Schädigungen durch hochenergetische Teilchen im Bereich dieser südatlantischen Anomalie. Ist Gefahr im Verzuge?

Kombinierte Schutzwirkung: Das äußere und das innere Magnetfeld
Das unsere Erde umgebende Magnetfeld wird zu mehr als 95 % tief im Erdinneren erzeugt (= inneres Magnetfeld). Nur maximal 5 % sind auf elektrische Ströme in der Ionosphäre, und damit auf Quellen außerhalb der Erde zurückzuführen (= äußeres Magnetfeld). Nur bei einer dezidierten Kenntnis des inneren Magnetfeldes und seiner Veränderungen läßt sich das räumliche und zeitliche Verhalten der schädlichen Strahlung einschätzen. Es ist deshalb naheliegend zu fragen, wie sich das innere Erdmagnetfeld in naher und ferner Zukunft entwickelt. Richtung und Stärke des Magnetfeldes der Vergangenheit sind in Gesteinen gespeichert und offenbaren uns seine Geschichte über Milliarden von Jahren. Hieraus erfahren wir, daß es immer wieder Änderungen, ja sogar Umpolungen des gesamten Feldes gegeben hat. Die ge-genwärtige Schwächung des inneren Erdmagnetfeldes kann deshalb nicht nur zu einem völligen Verschwinden, sondern auch zu einer Umpolung des Feldes führen.
Auch bei diesem Vorgang muß mit einem wesentlichen Verlust des Strahlungsschutzes über Jahrhunderte hinweg gerechnet werden. Er wird zunächst zu empfindlichen Störungen mo-derner technischer Systeme führen, Ausfall von Telekommunikationssatelliten, Schädigung hoch-integrierter Elektronik, schließlich aber auch zur akuten Gefährdung des Menschen. Zur Zeit formiert sich deshalb eine internationale Initiative zur Vorhersage des "Weltraumwetters", d. h. rascher zeitlicher und räumlicher Flukuationen hoch-ionisierter Gaswolken im erdnahen Weltraum. Für den Erfolg dieser globalen Bemühungen spielt die Kenntnis des raumzeitlichen Verhaltens des im Erdinneren erzeugten Magnetfeldes eine zentrale Rolle. Der Schlüssel zu dessen Verständnis liegt in den Bewegungen elektrisch leitender Materie im flüs-sigen äußeren Erdkern, d.h. in mehr als 2900 km Tiefe. Diese erzeugen das Erdmagnetfeld nach dem in der Technik wohlbekannten Prinzip des selbsterregenden Dynamos. Es ist heute die große und entscheidende Frage, ob wir in der Lage sind, die zeitlichen und räumlichen Änderungen des irdischen Magnetfeldes zu modellieren. Nur dann werden wir auch in der Lage sein, das "Weltraumwetter" besser vorherzusagen, obwohl wir niemals direkte Einsicht in die 3000 km tiefen Materieströmungen im Erdkern erlangen können.

Das Arbeitsgebiet von Professor Gubbins
Prof. David Gubbins steht seit Jahren in der vordersten Front der Erforschung des Geodyna-mos und hat damit unser heutiges Verständnis vom Erdmagnetfeld wesentlich geprägt. Seine Interessen überdecken ein sehr breites Spektrum von Themen.
Bereits am Anfang seiner Forschungstätigkeit hat er kinematische Dynamomodelle entwickelt, die unter anderem belegten, daß im Erdinneren genügend Energie für den Betrieb eines Dy-namos vorhanden ist, und er lieferte auch später immer wieder Beiträge zu dieser Thematik. Seine Untersuchungen zu möglichen Energiequellen für die notwendigen Bewegungen waren grundlegend für die heute weithin akzeptierte Vorstellung, daß der Dynamo vorwiegend auf Kosten der Gravitationsenergie arbeitet.
David Gubbins entwickelte die Theorie der Superrotation des inneren Kerns der Erde 15 Jahre vor den erst kürzlich gelungenen Bestätigungen auf numerischem Wege und durch seismi-sche Beobachtungen. Auch seine der Entwicklung dieses Forschungsgebietes vorauseilenden Gedanken, wonach der thermische Zustand des Erdmantels ein dominierender Kontrollfaktor für das Verhalten des Erdkerns über geologische Zeiträume ist, wurden durch numerische Modelle bestätigt.
Eine seiner wichtigsten Leistungen besteht darin, daß er ein Forschungsprojekt gestartet und vorangetrieben hat, mit dem die Entwicklung des Magnetfeldes der Erde so gut wie möglich nachgezeichnet wird. Dazu gehören zuverlässige numerische Methoden, mit denen man aus der Kenntnis des Magnetfeldes an der Erdoberfläche sowohl auf das Magnetfeld als auch auf die Strömungsmuster der flüssigen Materie an der Oberfläche des Erdkerns, also nahe der Kern-Mantel-Grenze schließen kann. Mit magnetischen Daten aus historischen Zeiten, die aus zahllosen Quellen zusammengetragen werden mußten, haben Prof. Gubbins und seine Studenten ein Modell des Magnetfeldes an der Kern-Mantel-Grenze für die vergangenen 400 Jah-re berechnet. Darüber hinaus sind die in archäomagnetischen und paläomagnetischen Studien gewonnenen Meßergebnisse verwendet worden, um Wesenszüge über geologische Zeiträume hin zu rekonstruieren, wobei vor allem auf Umpolungen geachtet worden ist. Die so gewon-nenen Datenbasen sind für das Verständnis der physikalischen Prozesse im Erdkern außerordentlich wertvoll. Interessanterweise stimmen Vorhersagen über Variationen der Erdrotation, die auf der Grundlage so entstandener Vorstellungen über Strömungen im Erdkern abgeleitet wurden, sehr gut mit direkten, davon völlig unabhängigen Beobachtungen überein.
Professor Gubbins hat auch bedeutende Beiträge zu anderen Gebieten der Geophysik geleistet, insbesondere zu verschiedenen Problemen der Seismologie. Sein wissenschaftliches Werk hat sehr wesentlich zu unserem Verständnis der Struktur des Erdinneren und der dort ablaufenden Vorgänge, insbesondere aber der Ursachen und der Evolution des geomagnetischen Feldes beigetragen. Seine großen Leistungen haben vielfältige Anerkennung gefunden, beispielsweise durch seine Wahl zum Fellow of the Royal Society of London und zum Fellow of the American Geophysical Union. Viele seiner früheren Studenten sind jetzt in leitenden Stellen akademischer Institute über den Globus verteilt.

Leibniz-Kolleg zum Magnetfeld
Der Hauptvortrag von Professor Gubbins schließt an eine Einführung in das Thema an, die vor einer Woche durchgeführt wurde. Diese Einführungs-Vorlesungen am 11. November 99 war mit über 250 Besuchern, darunter zahlreichen Schülern der gymnasialen Oberstufe - u.a. ganze Physikleistungskurse - sehr gut besucht. Die beiden geplanten Vorträge mußten in zwei Hörsälen in getauschter Reihenfolge laufen. Der Hauptvortrag findet im Auditorium maxi-mum (ca. 450 Plätze) der Universität Potsdam statt.

Zu den folgenden Veranstaltungen möchten wir Sie herzlich einladen:
18. November 1999, 17:00 Uhr, Auditorium Maximum der Universität Potsdam,
Am Neuen Palais 10, 14469 Potsdam
Hauptvortrag
Prof. Dr. David Gubbins, University of Leeds, U.K.
The Geomagnetic Field - a Window on the Earth's Core

19. November 1999, 10:00 Uhr, GeoForschungsZentrum Potsdam, Hörsaal Haus H, Telegrafenberg, 14473 Potsdam
Forschungsseminar
Prof. Dr. Ulrich Christensen, Universität Göttingen
Numerical Dynamo Models: Mechanisms of Field Generation and Comparison with the Earth

Prof. Dr. David Gubbins, University of Leeds, U.K.
Time - dependent Dynamos

Im Internet unter:

http://www.worldserver.pipex.com/ras/press/pn99-08.htm
http://www.uni-potsdam.de/u/mnfdekanat/text3.htm
http://www.gfz-potsdam.de/pb2/pb23/

LEIBNIZ KOLLEG POTSDAM
Universität Potsdam, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Am Neuen Palais 10, D - 14473 Potsdam
Telefon 0331 - 977 - 1844, Fax: 0331 - 977 - 1654,
e-mail: leibniz@rz.uni-potsdam.de
Kontakt: Dr. Barbara Schneider
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