Vorhersage und Modellierung von Variationen des Erdmagnetfelds
Das Magnetfeld der Erde unterliegt zeitlichen und räumlichen Änderungen, am drastischsten sind Magnetpolumkehrungen. Messungen des paläomagnetischen und historischen Magnetfelds deuten auf regional begrenzte und langlebige Muster in der Variation des Erdmagnetfelds hin. Globale Modelle des Erdmagnetfelds, die auf Daten geomagnetischer Satellitenmissionen und Observatorien basieren, aber auch jene die auf paläomagnetischen und historischen Messungen beruhen, erlauben Studien einen einzigartigen Zugang zu den dynamischen Prozesse im flüssigen Außenkern der Erde und den Wechselwirkungen zwischen Erdkern und Mantel. Diese Prozesse besitzen unterschiedliche Zeitskalen. Zumindest auf sehr langen Zeitskalen von einigen tausend Jahren können die Variationsmuster mit dem thermischen Einfluß des Erdmantels auf den Erdkern erklärt werden. Dieser Einfluß läßt sich auf kürzeren Zeitskalen nicht zweifelsfrei ableiten. Wir beabsichtigen unsere jetzigen Studien zur Vorhersage zukünftiger und der Modellierung von historischen Variationen des Erdmagnetfelds fortzusetzen. Im vorhergehenden Projekt konnten wir einen Ansatz zur Vorhersage zukünftiger Variationen des Erdmagnetfelds entwickeln; die Ergebnisse lassen aber bis dato keine eindeutigen Schlussfolgerungen zu. Der Hauptgrund liegt in der Instationarität der betrachteten Zeitreihen, von denen die Vorhersagemodelle berechnet wurden. Die Instationarität wird von langfristigen Trends in der Veränderung des Magnetfelds hervorgerufen, deren Ursachen weitestgehend unklar sind. Bisherige Magnetfeldmodelle, die die zeitliche Variation des Erdmagnetfelds der letzten vierhundert Jahre beschreiben, erfassen die langfristigen Trends nur in grober Auflösung. Das liegt an den Annahmen über die zeitliche Variabilität, die gemacht wurden, um diese Modelle zu berechnen. Wir beabsichtigen unseren Ansatz der Feldmodellierung auf historische Zeiträume zu erweitern, und die Ursachen der langfristigen Trends zu klären. Dabei sollen auch neue Methoden und umfangreich erweiterte Datensätze zum Tragen kommen und somit eine bessere Abbildung der historischen Änderungen und der Variabilität des Erdmagnetfelds bereitstellen. Die neuen Feldmodelle decken dabei nahezu den Zeitraum einer vollständigen Zirkulation im flüssigen Außenkern der Erde ab - eine Zeitskala, die in den bisher untersuchten Feldmodellen nur teilweise abgedeckt war. Dadurch erhoffen wir, zu einer besseren Vorhersage der zukünftigen Variation des Erdmagnetfelds zu kommen. Weitere Foki unserer Forschung sollen der Einfluß eines stabil geschichteten Außenkerns und der thermische Austausch zwischen Erdmantel und Erdkern auf die beobachtete Änderung des Erdmagnetfelds sein. Dabei geht es auch um die Untersuchung der kurzzeitigen und chaotischen Säkularvariation anhand der gemeinsamen Auswertung numerischer Simulationen des Geodynamos und Beobachtungen des Erdmangetfelds der letzten Jahrhunderte. Wir sind überzeugt, daß diese Untersuchungen das Verständnis historischer und zukünftiger Variationen des Erdmagnetfeld verbessern werden.