Globale Charakterisierung geomagnetischer Feldumkehrungen aus Daten und numerischen Simulationen

• Antragstellerin: Dr. Monika Korte
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521251212

Schwankungen in der Zeitreihe geomagnetischer Feldumkehrungen zu verstehen ist ein zentraler Aspekt im Schwerpunktprogramm DeepDyn, das die Erforschung der Entwicklung des tiefen Erdinnern während der geologischen Geschichte zum Ziel hat. Um die Zeitreihe der Umkehrungen und statistische Eigenschaften von vollen Feldumkehrungen und kurzzeitigen Exkursionen, die ebenfalls manchmal weltweit umgekehrte magnetische Feldrichtungen aufweisen, besser zu verstehen ist auch ein besseres Verständnis der den Umpolungen zugrunde liegenden Prozessen nötig. Globale, auf Kugelfunktionen basierende Modelle ermöglichen es, globale Eigenschaften des Magnetfelds während Umpolungen zu untersuchen. Darin gefundene Charakteristiken können direkt mit Ergebnissen numerischer Simulationen verglichen werden. Diese beruhen auf mathematischen Beschreibungen der physikalischen Prozesse und Kräfteverhältnisse, die den Geodynamo antreiben. Mit der wachsenden Anzahl paläomagnetischer Datenreihen, sowohl von Sedimentbohrkernen als auch Lavaströmen, die in paläomagnetischen Laboren weltweit gemessen werden, wurden vor Kurzem globale Modelle der Laschamps (vor 41 000 Jahren) und Norwegian-Greenland Sea (vor ca. 65 000 Jahren) Exkursionen entwickelt, und ein neues Modell der Matuyama-Brunhes Feldumkehr (vor ca. 780 000 Jahren) ist in Arbeit. In diesem Projekt werden wir das erste globale Modell der Gauss-Matuyama Feldumkehr (vor ca. 2,6 Mio. Jahren) entwickeln. Zusammen mit den bereits existieren Modellen wird uns dies ermöglichen, Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen mindestens vier Feldumpolungen, nämlich zwei vollen Umkehrungen und zwei Exkursionen, zu untersuchen und damit ein gutes Verständnis der robusten statistischen Eigenschaften einiger der letzten magnetischen Feldumpolungen zu gewinnen. Eine zunehmende Anzahl numerischer Geodynamosimulationen mit verschiedenen Parametern und mit oder ohne Randbedingungen, die z. B. die aus seismischen Tomographiemodellen interpretierten Wärmeflussheterogenitäten imitieren, beinhalten Feldumkehrungen und Exkursionen. Wir werden eine systematische Studie der unterschiedlichen Charakteristiken von Umpolungen in einer großen Auswahl von Simulationen durchführen. Durch den Vergleich zwischen diesen und den Ergebnissen aus den datenbasierten Modellen werden wir die physikalischen Prozesse hinter den untersuchten tatsächlichen Ereignissen und den Einfluss des unteren Mantels auf den Geodynamo besser verstehen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2404: Rekonstruktion der Dynamik des tiefen Erdinnern über geologische Zeiträume (DeepDyn)
• Mitverantwortliche: Professorin Dr. Christine Thomas; Dr. Johannes Wicht