Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

kurz bevor geomagnetische Jerks beobachtet werden,
große Änderungen zeigt. Dieses Ergebnis bedarf weiterer
Untersuchung. Aber auch Untersuchungen der Variation
der Tageslänge von Holme und DeViron (2005) weisen
darauf hin, das geomagnetische Jerks mit Beschleunigungen
der Bewegung des Erdkerns einhergehen.
Da das gesamte Spektrum der Hauptfeldvariationen Teil
des Geodynamoprozesses ist, ist auch die Untersuchung
der länger periodischen Eigenschaften der Säkularvariation
für ein besseres Verständnis wichtig. Direkte Beobachtungen
des Erdmagnetfelds reichen bis ins 16. Jahrhundert
zurück. Die Magnetfeldstärke konnte allerdings
erst seit 1840 bestimmt werden, als Carl Friedrich Gauß
ein entsprechendes Messverfahren entwickelte. Diese
Beobachtungen decken also nur einen kleinen Teil des
Spektrums der Magnetfeldvariationen ab. Informationen
über länger periodische Variationen können aus archäound
paläomagnetischen Daten gewonnen werden. Gebranntes
archäologisches Material, vulkanisches Gestein und
Sedimente können Magnetfeldrichtung und -stärke zur
Zeit ihrer Entstehung gewissermaßen einfrieren. Die Anzahl
solcher verfügbaren Datensätze von verschiedenen
Orten weltweit steigt ständig. Einzelne, regionale Datensätze
lassen nur begrenzt Rückschlüsse auf die globalen
Prozesse zu. Wir haben die aktuellen Modellierungsmethoden,
wie sie für Observatoriums- und Satellitendaten
verwendet werden, auf global verteilte archäo- und paläomagnetische
Daten der letzten 7.000 Jahre angewandt
(Korte et al., 2005; Korte and Constable, 2005a), um
gegenwärtige kontinuierliche Magnetfeldbeschreibungen
zu verlängern und so das Spektrum der global untersuchbaren
Charakteristika der Säkularvariation zu erweitern.
Das Modell CALS7K (model from Continuous Archäoand
Lake Sediment data of the past 7k years) hat aufgrund
der schlechteren globalen Verteilung und größeren Unsicherheiten
der Daten zwangsläufig eine schlechtere Auflösung
als aktuelle Modelle, beschreibt aber zuverlässig
die großräumige Säkularvariation im Periodenbereich von
Jahrhunderten bis Jahrtausenden. Das Modell wird gegenwärtig
verwendet, um die globale Verteilung und eventuell
vorhandene Periodizitäten zu studieren und um Rückschlüsse
über die Flüssigkeitsbewegungen im äußeren
Erdkern zu ziehen. Die äquivalente Modellierungsmethode
ermöglicht den direkten Vergleich mit Resultaten aus
Studien des aktuellen Magnetfelds und der kurzperiodischen
Säkularvariation.
Eines der wichtigsten Ergebnisse, die bisher aus CALS7K
gewonnen wurden, ist die Beschreibung der Entwicklung
des Dipolmoments seit 5.000 v. Chr. mit guter zeitlicher
Auflösung (Abb. 2.64). Da ein einfaches, gegenüber der
Drehachse der Erde leicht geneigtes Dipolfeld über 90 %
des an der Erdoberfläche beobachteten Magnetfelds beschreibt,
ist das Dipolmoment ein Maß für die globale
Stärke des Erdmagnetfelds. Seit dem Beginn der Intensitätsmessungen
1840 hat das Dipolmoment um 10 % abgenommen.
Diese starke Abnahme des Magnetfelds ist beun-
Abb. 2.64: Das geomagnetische Dipolmoment der letzten 7.000 Jahre und seine zeitliche Änderung. Erst die neue
globale Modellierung CALS7K (rote Kurve) hat gezeigt, dass frühere Abschätzungen des Dipolmoments nur aus
Archäo-Intensitätsdaten (VADMs) zu hoch liegen (Symbole). Im vergrößert dargestellten rechten Teil der Abbildung
ist die gute Übereinstimmung mit dem auf historischen und aktuellen Daten basierenden Dipolmoment des GUFM-
Modells (blau, Jackson et al., 2000) zu sehen. Die Abweichung (innerhalb der Fehlergrenzen) zwischen CALS7K und
GUFM ist auf die beschränkte zeitliche Auflösung des CALS7K Modells zurückzuführen. Das Ergebnis der globalen
Modellierung liefert jedoch eine wesentlich bessere zeitliche Auflösung als die früheren, über 500 bis 1.000 Jahre
gemittelten VADM-Abschätzungen. Die
hohe Variabilität des Dipolmoments wird
besonders in den Ab- und Zunahmeraten
(unten) deutlich.
The geomagnetic dipole moment of the
past 7000 years and its temporal change.
The new global model CALS7K (red)
shows that previous VADM results purely
from archaeointensity data (symbols) are
systematically biased high. The expanded
right part of the figure confirms the good
agreement between CALS7K and GUFM,
a model based on historical data (blue,
Jackson et al., 2000). The deviation of the
two models (within the error estimates) is
due to the limited temporal resolution of
CALS7K. However, the temporal resolution
in the global modelling approach is
highly improved compared to VADM estimates,
which are averaged over 500 to
1000 years. The high variability of the
dipole moment becomes most obvious
when looking at rates of change (lower
panel).
Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam
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