Ein gravitatives Tauziehen tief im Erdinneren verändert die Tageslänge

Die Erdrotation ist kein perfektes Metronom

Die Erdrotation wirkt wie der zuverlässigste Rhythmus der Natur, doch sie ist nicht vollkommen gleichmäßig. Wissenschaftler protokollieren seit Jahrzehnten kleine Verschiebungen der Tageslänge, und diese Veränderungen können so gering wie einige Millisekunden sein. Die meisten Menschen würden sie nie bemerken, doch Forscher interessieren sich sehr dafür, weil die Messungen auf etwas viel Größeres als eine flackernde Uhr hindeuten: Die Geschwindigkeit der Rotation des Planeten verändert sich.

Mehrere sich überschneidende Ursachen sind bereits bekannt. Verschiebungen in der Atmosphäre und den Ozeanen können die Rotation schneller oder langsamer machen. Große Erdbeben können Masse auf dem Planeten verlagern. Das Schmelzen kontinentalen Eises fügt den Ozeanen enorme Wassermengen hinzu, ein weiterer Prozess, der Gewicht umverteilen kann. Diese Faktoren helfen, einige der abruptesten und jüngsten Veränderungen zu erklären, doch sie erklären nicht die gesamte Variation, die über Jahrzehnte hinweg beobachtet wird.

Ein Blick tiefer als der Mantel

Ein Teil dieser unerklärten Variation scheint aus weit unter der Oberfläche zu stammen. Unter dem felsigen Erdmantel liegt der äußere Kern, eine etwa 1.400 Meilen dicke Schicht aus extrem heißem flüssigem Metall, das ständig in Bewegung ist. Wenn sich diese Strömungen ändern, können sie subtil beeinflussen, wie schnell sich der Rest des Planeten dreht.

Die Schwierigkeit bestand darin zu erklären, wie dieser Einfluss von einer Schicht zur anderen gelangt. Die Reibung zwischen Kern und Mantel ist zu schwach, um dies allein zu bewirken, weshalb Geologen nach anderen Mechanismen im Inneren des Planeten gesucht haben. Eine diese Woche in Nature veröffentlichte neue Studie legt nahe, dass sie eine dieser verborgenen Verbindungen gefunden haben könnten.

Ein Wettstreit zwischen Gravitation und Widerstand

Die Forscher schlagen vor, dass die Gravitation des inneren Kerns die Rotation in eine Richtung zieht, während andere Wechselwirkungen zwischen Kern und Mantel entgegenwirken. Über Jahrzehnte könnte dieser Wettstreit kleine Beschleunigungen und Verlangsamungen der Erdrotation erzeugen. Die Idee beruht auf der Tatsache, dass sich der innere Kern nicht mit derselben Geschwindigkeit dreht wie der Rest des Planeten, wodurch er leicht außer Ausrichtung mit bestimmten Massenunregelmäßigkeiten im Mantel gerät.

Die Gravitation wirkt jedoch darauf hin, das Gleichgewicht wiederherzustellen. Mathieu Dumberry, ein Geophysiker an der University of Alberta, der an der Studie beteiligt war, sagte in einer Pressemitteilung, der Kern wolle im Wesentlichen ausgerichtet sein. Mit anderen Worten: Die Gravitation versucht, die Schichten des Erdinneren zurück zu einer harmonischeren Anordnung zu ziehen. Dieser Zug, so gering er auch sein mag, kann die Rotation der Planetenoberfläche beeinflussen.

Rekonstruktion der Rotation von 1964 bis 2019

Um die Hypothese zu bewerten, rekonstruierten die Autoren, wie diese Wechselwirkung die Erdrotation zwischen 1964 und 2019 beeinflusst haben könnte. Sie stützten sich auf seismische Schätzungen der Rotation des inneren Kerns und Modelle der Flüssigmetallströmungen im äußeren Kern. Diese Kombination ermöglichte es ihnen zu untersuchen, ob die gravitative Kopplung zwischen tiefen Schichten einige der beobachteten Rotationsveränderungen erklären könnte.

Was sich zeigt, ist kein einzelnes dramatisches Ereignis, sondern eine langsame Anhäufung. Kleine Stöße und Züge, über viele Jahre wiederholt, können sich zu nachweisbaren Verschiebungen der Tageslänge summieren. Die Studie behauptet nicht, dass dieser Mechanismus jede Variation erklärt. Stattdessen fügt sie einer wachsenden Liste von Einflüssen, die in verschiedenen Teilen des Erdsystems wirken, einen möglichen Prozess hinzu.

Warum Millisekunden zählen

Ein Unterschied von einigen Millisekunden in der Tageslänge mag trivial klingen. Doch präzise Rotationsmessungen geben Wissenschaftlern ein Fenster in das Innere des Planeten. Die Tatsache, dass sich die Rotationsgeschwindigkeit verändert, ist selbst wichtig, und die Suche nach einer Erklärung hat gezeigt, wie viele Schichten der Erde miteinander verbunden sind.

Atmosphäre, Ozeane, Erdbeben, schmelzendes Eis, Strömungen im äußeren Kern und die Gravitation des inneren Kerns gehören alle zu demselben gekoppelten System. Jedes wirkt auf seiner eigenen Zeitskala, und jedes kann eine schwache Signatur in der Rotation des Planeten hinterlassen. Diese Signaturen zu entwirren hilft Forschern zu verstehen, welche Kräfte zu welchen Momenten dominieren und wie Energie und Masse durch die Erde wandern.

Die vielen Kräfte, die einen Tag formen

Der neue Vorschlag fügt sich in ein breiteres Bild der Erde als einer dynamischen, geschichteten Welt statt einer festen, statischen Kugel ein. Zu den bekannten und vermuteten Beiträgen gehören:

• Atmosphärische und ozeanische Schwankungen: Veränderungen der Luft- und Wasserzirkulation können die Rotation des Planeten leicht beschleunigen oder verlangsamen.
• Große Erdbeben: Diese Ereignisse können Masse innerhalb der Erde umverteilen und die Rotation auf kleine, aber messbare Weise verändern.
• Schmelzendes kontinentales Eis: Wasser, das den Ozeanen hinzugefügt wird, verändert die Massenverteilung und kann die Rotation beeinflussen.
• Strömungen im äußeren Kern: Bewegung in der Flüssigmetallschicht kann die Rotationsgeschwindigkeit des Rests des Planeten verändern.
• Gravitation des inneren Kerns: Die Anziehungskraft zwischen dem inneren Kern und Unregelmäßigkeiten im Mantel kann ein langfristiges Hin und Her erzeugen, das die Tageslänge beeinflusst.

Diese Mechanismen wirken nicht isoliert. Eine Veränderung in einer Region kann sich durch eine andere fortpflanzen, und die daraus resultierenden Rotationsänderungen sind die Summe vieler subtiler Effekte.

Was die Studie klärt und was nicht

Die Forscher glauben, ein verborgenes Zahnrad in der Erdrotation identifiziert zu haben, nicht das gesamte Uhrwerk. Wie Kräfte aus dem tiefen Inneren an die Oberfläche übertragen werden, blieb ein Rätsel, und die schwache Reibung zwischen Kern und Mantel konnte es allein nicht erklären. Die neue Arbeit schlägt die Gravitation als möglichen Übertragungsriemen vor, wobei die Anziehung des inneren Kerns zu Unregelmäßigkeiten im Mantel die notwendige Kopplung liefert.

Der Befund ist wichtig, weil er Prozesse verbindet, die Tausende von Meilen voneinander entfernt ablaufen. Er gibt Wissenschaftlern zudem eine neue Denkweise über Veränderungen der Tageslänge im Jahrzehntemaßstab. Gleichzeitig schließt die Studie die Rollen von Atmosphäre, Ozeanen, Erdbeben oder Eisschmelze nicht aus. Diese Kräfte bleiben Teil der Erklärung, insbesondere für schneller ablaufende Verschiebungen.

Vorerst werden die Erdentage weiterhin um winzige Bruchteile variieren, die niemand spüren kann. Doch diese Millisekunden tragen Informationen über ein gravitatives Ringen tief im Inneren des Planeten, einen langsamen Wettstreit, der die Länge jedes Tages mitprägt.

Dieser Artikel basiert auf einer Berichterstattung von Wired. Lesen Sie den Originalartikel.