Eine von den NASA-deutschen GRACE-Satelliten Anfang 2007 über dem Atlantik aufgezeichnete Schwerkraftanomalie deutet auf eine Massenumverteilung nahe der Erdkern-Mantel-Grenze in etwa 2.700 bis 2.900 Kilometern Tiefe hin. Forscher vermuten, dass ein Phasenwechsel von Perowskit- zu Post-Perowskit-Mineralien dezimetrische Grenzverschiebungen verursacht hat.
Dies ist der erste Beweis dafür, dass sich Prozesse im tiefen Mantel innerhalb weniger Jahre entfalten und möglicherweise das Erdmagnetfeld beeinflussen können.
- GRACE-Satelliten haben im Jahr 2007 eine Gravitationsanomalie entdeckt, die wahrscheinlich durch einen Phasenübergang von Mineralen nahe der Kern-Mantel-Grenze in einer Tiefe von 2.700 bis 2.900 km (1.700 bis 1.800 Meilen) verursacht wurde.
- Die Anomalie deutet darauf hin, dass strukturelle Veränderungen in Mantelmineralien innerhalb weniger Jahre auftreten können, also viel schneller als die Millionen von Jahren, die normalerweise für Prozesse in der Tiefe der Erde angenommen werden.
- Das Ereignis fiel mit geomagnetischen Störungen zusammen, was darauf hindeutet, dass die Mantel-Kern-Dynamik das Magnetfeld der Erde direkt beeinflussen könnte, obwohl dieser Zusammenhang noch untersucht wird.
Zwischen 2006 und 2008 kam es auf der Erde zu einer subtilen, aber messbaren inneren Veränderung, die erst Jahre später von Forschern bei der erneuten Untersuchung von Satellitendaten bemerkt wurde. Mithilfe des Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), einem gemeinsam von den USA und Deutschland betriebenen Satellitenpaar, identifizierten Wissenschaftler eine Gravitationsanomalie mit Zentrum vor der afrikanischen Atlantikküste.
Das im August 2025 in den Geophysical Research Letters beschriebene Signal deutet darauf hin, dass es in einem Teil des tiefen Erdinneren kurzzeitig zu einer Umverteilung der Masse kam. Dies ist das erste Mal, dass ein Prozess nahe der Kern-Mantel-Grenze beobachtet wurde, der sich in menschlichen Zeiträumen und nicht über Millionen von Jahren abspielte.
Die GRACE-Mission, die von 2002 bis 2017 aktiv war, sollte das Gravitationsfeld der Erde kartieren, indem sie den genauen Abstand zwischen zwei im Tandem fliegenden Satelliten ermittelte. Überflog ein Raumfahrzeug eine Massenanomalie wie einen Berg oder ein Grundwasserreservoir, verursachte die Schwerkraft einen spürbaren Sog, der den Abstand zwischen den beiden Satelliten veränderte.
Die meisten GRACE-Studien konzentrierten sich auf Oberflächenprozesse wie Eisverlust, Grundwassererschöpfung und Meeresspiegelanstieg. Doch Isabelle Panet, Geophysikerin an der Universität Gustave Eiffel, und ihre Kollegen erweiterten die Analyse auf größere Tiefen. Sie fanden heraus, dass die Daten eine einzigartige Anomalie enthielten, die Anfang 2007 ihren Höhepunkt erreichte – eine großflächige Gravitationsänderung, die sich nicht allein durch Wasser oder die Umverteilung der Oberflächenmassen erklären ließ.
Die wahrscheinlichste Erklärung ist eine Strukturverschiebung der Mantelmineralien unter extremen Bedingungen. In Tiefen nahe der Kern-Mantel-Grenze übersteigen die Drücke 130 GPa – mehr als das 1,3 Millionenfache des atmosphärischen Drucks auf Meereshöhe – und die Temperaturen übersteigen 3.000 °C (5.400 °F). Unter diesen Bedingungen kann sich das Mineral Perowskit in eine dichtere Struktur umwandeln, die als Post-Perowskit bezeichnet wird.
Dieser Phasenübergang der Minerale würde die Gesteinsdichte lokal erhöhen und eine Massenumverteilung bewirken, die groß genug ist, um in den Messungen von GRACE erfasst zu werden. Die Forscher vermuten, dass es sich bei dieser Veränderung um dezimetrische topografische Anpassungen im Bereich von mehreren zehn Zentimetern an der Kern-Mantel-Grenze gehandelt haben könnte.
Etwa zur gleichen Zeit wie die Gravitationsanomalie registrierten Satelliten, die das Erdmagnetfeld verfolgten, ungewöhnliche Störungen, die als geomagnetische Stöße bezeichnet werden. Diese kurzfristigen Veränderungen des Magnetfelds werden auf Schwankungen der Flüssigkeitsströmung im äußeren Erdkern zurückgeführt.
Das zeitliche Zusammentreffen des Gravitationssignals mit den geomagnetischen Störungen deutet auf einen möglichen Zusammenhang hin: Mineralveränderungen nahe der Mantelbasis könnten die Bedingungen an der Grenze beeinflusst und damit indirekt die Kerndynamik beeinflusst haben. Dieser Zusammenhang ist jedoch noch vage, und es werden weitere Daten benötigt, um zu bestätigen, ob die beiden Signale kausal zusammenhängen.
Die Entdeckung ist bemerkenswert, denn sie zeigt, dass Prozesse in der Tiefe der Erde, die sich üblicherweise über geologische Zeiträume erstrecken, tatsächlich in der Größenordnung von Jahren ablaufen können. Das bedeutet, dass Teile des Mantels und des Kerns weitaus dynamischer sein könnten als bisher angenommen.
Barbara Romanowicz, Seismologin an der University of California in Berkeley, die nicht an der Studie beteiligt war, bezeichnete die Ergebnisse als „den ersten überzeugenden Beweis dafür, dass dynamische Prozesse an der Basis des Erdmantels schnell genug ablaufen, um sie während ihres Geschehens zu untersuchen.“
Solche Erkenntnisse könnten die Modelle zur Entwicklung des Erdmagnetfelds, zum Einfluss der Manteldynamik auf die Grenze zum Kern und zum allgemeinen Verhalten des Planeteninneren verfeinern.
Der unterste Mantel, die sogenannte Dʺ-Schicht, erstreckt sich mehrere hundert Kilometer über der Kern-Mantel-Grenze. Es handelt sich um eine Zone extremer physikalischer Bedingungen, in der hohe Drücke und Temperaturen die Eigenschaften von Mineralien verändern. Eine direkte Untersuchung ist unmöglich, daher sind Wissenschaftler auf indirekte Methoden angewiesen: seismische Wellen, Laborexperimente und Computersimulationen.
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