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Bewegungen im Erdinneren sind der „Missing Link“ der Polverlagerung

Überhöhte Darstellung der Bewegung der Erdoberfläche, weg vom geografischen Nordpol (Abbildung: GFZ).
Landschaft in Grönland (Foto: K. Fleming, GFZ).

Die Erde dreht sich um ihre eigene Achse, allerdings nicht in einer perfekten Bewegung. Da die Massen auf dem Globus ungleichmäßig verteilt sind - Berge, Meere oder Eis beeinflussen die Drehbewegung – verlagert sich die Erdoberfläche in Relation zu den Polen. Dies kann umgekehrt auch als eine Verschiebung der Pole an der Erdoberfläche beschrieben werden. Ein internationales Team aus Wissenschaftlern, unter der Leitung des Jet Propulsion Laboratory der NASA und mit Beteiligung von Bernhard Steinberger aus der GFZ-Sektion Geodynamische Modellierung, zeigt nun für das 20. Jahrhundert, dass sich der Nordpol pro Jahr durchschnittlich um 10,5 Zentimeter in Richtung Labrador, Kanada, bewegte. Warum die Bewegung in dieser Geschwindigkeit abläuft war jedoch zunächst unklar.

Über Verlagerungen der Erdoberfläche in Relation zu den Polen lässt sich auf veränderte Massenbewegungen schließen. So kann, wenn die Bewegungen der Vergangenheit bekannt sind, beispielsweise rekonstruiert werden, wieviel Festlandeis zu Meerwasser „umgewandelt“ wurde. Das ist unter anderem für Klimamodelle von Bedeutung. Für solche Anwendungen muss jedoch klar sein, was die genauen Prozesse hinter der Bewegung sind und wie groß ihr jeweiliger Anteil ist. Das war bisher nur unzureichend verstanden.

Auch die Beobachtungen und Modellrechnungen des Teams waren zunächst unbefriedigend. So war zwar klar, dass Eisschmelze in Grönland die Richtung der Polverlagerung annähernd erklären kann, jedoch nicht das Ausmaß der Bewegung. In der nun veröffentlichten Studie, erschienen in der Fachzeitschrift Earth and Planetary Science Letters, zeigen die Wissenschaftler was das fehlende Puzzlestück, also der 'missing link' ist, mit dem sie die Bewegung vollständig erklären können.

Und zwar sind neben der Massenverlagerung durch schmelzende Gletscher und Eisschilde sowie steigenden Meeresspiegel und Landhebungen, die auf das Abschmelzen von Eisschilden folgen, Bewegungen im tieferen Erdinneren der dritte wichtige Faktor der Polverlagerung. Mantelkonvektionen, also die langsamen Umwälzungsbewegungen im festen Erdmantel, durch Hitze und hohen Druck im Erdinneren, sind die Ursache für die Bewegung von Erdplatten. Und genau diese Massenbewegungen tragen auf langen Zeitskalen ebenfalls zur Verlagerung der Erdoberfläche in Relation zu den Polen bei: Sie machen etwa ein Drittel der Bewegung aus.

Bernhard Steinberger war innerhalb des Teams für die Berechnung des Anteils der Mantelkonvektion verantwortlich: „Auf einer Konferenz im Sommer 2017 in Japan bin ich mit einem der Ko-Autoren ins Gespräch gekommen, der einen Vortrag von mir zum Thema Polwanderung aufgrund von Mantelkonvektionen angehört hatte. Er erzählte mir, dass er und sein Team auf der Suche nach einer Erklärung für die Polbewegung sind. So kam es zu unserer Zusammenarbeit und ich konnte den ‚missing link‘ in die Gleichung einfügen“. (ak)

Originalstudie: Adhikari, S., Caron, L., Steinberger, B., Reager, J.T., Kjeldsen, K.K., Marzeion, B., Larour, E., Ivins, E.R., 2018. What drives 20th century polar motion? Earth and Planetary Science Letters. DOI: 10.1016/j.epsl.2018.08.059

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