Trennung geomagnetischer Säkularvariation und magnetosphärischer Variation auf Zeitskalen von Jahrzehnten

Beitrag zu SPP 1788, “Dynamic Earth”

Das Erdmagnetfeld und seine Magnetosphäre zeigen bedeutende Schwankungen auf Zeitskalen von Stunden (magnetische Stürme) bis zu Jahrmillionen (Feldumkehrungen). Magnetische Messdaten beinhalten Anteile von: dem durch Geodynamoprozesse im äußeren Erdkern erzeugten Hauptfeld; dem Lithosphärenfeld magnetisierter Gesteine und geologischer Strukturen; sowie sehr variablen Feldern von Stromsystemen in Ionosphäre und Magnetosphäre mit sekundären Anteilen aus Induktion in leitfähigen Strukturen in Erdkruste und Mantel. Zum Verständnis der einzelnen Quellen mit ihrer Bedeutung für die Entwicklung des Hauptfelds, Weltraumwetterbedingungen und die Interpretation von Krustenanomalien ist eine klare Trennung der Anteile notwendig. Dies ist nach wie vor eine Herausforderung.

Aus den Daten der modernen Vektorfeld-Satelliten werden immer genauere Hauptfeldmodelle gewonnen, die großräumige magnetosphärische Felder mit abschätzen. Zur Verwendung der Zeitreihen geomagnetischer Observatorien für Säkularvariationsstudien werden die Daten traditionell zu Monats- oder Jahreswerten gemittelt, um externe und durch sie induzierte Feldanteile herauszufiltern. Solche Datenreihen sind die Grundlage um Säkularvariation und Hautpfeldcharakteristiken auf längeren Zeitskalen als mit Satellitendaten möglich zu untersuchen. Vergleiche mit den modernen Modellen bestätigen jedoch, dass mehrjährige bis dekadische magnetosphärische Variationen in ihnen enthalten sind.

Magnetischen Aktivitätsindizes wie der Dst (disturbed storm time) Index wurden entwickelt um magnetosphärische Schwankungen zu beschreiben. Aufgrund der Berechnungsmethode kann der Dst weder den absoluten Wert noch die langfristigen Schwankungen der magnetosphärischen Felder korrekt beschreiben. Unter mehreren bisher vorgeschlagenen Verbesserungen für den Dst Index zielt keine speziell auf diese Eigenschaften ab. Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer neuen Methode zur Trennung der mehrjährigen magnetosphärischen Variationen und der internen Säkularvariation für Observatoriums- und Säkularpunktdaten.

Die globalen, am Weltdatenzentrum Edinburgh verfügbaren Bodendaten und die Ergebnisse der Trennung der Feldanteile in den Modellen aus CHAMP, Ørsted und Swarm Daten (insbesondere neue Erkenntnisse die im Rahmen dieses SPPs gewonnen werden) werden verwendet, um einen neuen Index der magnetosphärischen und induzierten Felder zu berechnen, der bis in das frühe 20. Jahrhundert zurück reicht. Einerseits ist ein besseres Verständnis der langfristigen magnetosphärischen Variationen z. Bsp. im Rahmen der Weltraumwetterforschung von Bedeutung. Andererseits werden reinere Bodendaten des internen Magnetfelds detaillierte Studien der längerfristigen Säkularviarion und Kernfeldcharakterstik zum besseren Verständnis der Kerndynamik und Geodynamoprozesse ermöglichen, sowie die Verwendung von Säkularpunktergebnissen zur Berechnung vektorieller Lithosphärenanomalien in Verbindung mit Intensitätskartierungen erleichtern.

Laufzeit

  • 2015 - 2019

Zuwendungsgeber

  • DFG im SPP 1788, “Dynamic Earth”

Projektverantwortlicher

  • Monika Korte (GFZ Potsdam)

Projektmitarbeiter

  • Leonie Pick (GFZ Potsdam)

Projektwebseite

Research Unit

  • RU1 (Globale Prozesse)

Publikationen

  • Pick, L., Korte, M. (2017): An annual proxy for the geomagnetic signal of magnetospheric currents on Earth based on observatory data from 1900–2010. - Geophysical Journal International, 211, 2, p. 1245-1258.
  • Pick, L., Korte, M. (2016): ​​Eliminating large-scale magnetospheric current perturbations from long-term geomagnetic observatory data - Abstracts, AGU 2016 Fall Meeting (San Francisco, USA 2016).

Kontakt

Monika Korte
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Leonie Pick
Wissenschaftlerin
M. Sc. Leonie Pick
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