Arbeitsgruppe Hansen

Geodynamik

Die Erde, und viele andere Planeten, werden heute als dynamische Systeme verstanden, die ständigen Veränderungen unterworfen sind. Erdbeben und Vulkanausbrüche sind Veränderungen auf relativ kurzen räumlichen und zeitlichen Skalen. Die gleichen Kräfte, die hinter diesen Phänomenen stecken, haben über lange Zweiträume Gebirge und Meeresbecken entstehen lasse und so die Oberfläche der Erde geprägt. Der prominenteste Ausdruck dynamischer Aktivität auf der Erde ist die Plattentektonik. Die Erdkruste ist in Platten zersplittert, die sich mit Geschwindigkeiten von einigen cm/Jahr gegeneinander bewegen. Als Antrieb der Plattentektonik gelten heute Konvektionsströme im zähen silikatischen Gestein des Erdmantels. Ebenfalls Konvektionsströme, diesmal im metallischen Material des äußeren Erdkerns werden heute nahezu einhellig als Mechanismus angesehen, der das irdische Magnetfeld erzeugt und aufrecht erhält.
Der Forschungsgegenstand der Geodynamik sind eben diese Transportprozesse. Konvektion im Erdmantel unterscheidet sich in vielfältiger Weise von Konvektion in der Atmosphäre und den Ozeanen. Die Zähigkeit des Materials ist im Falle des Erdmantels sehr stark von der Temperatur abhängig (um viele Gößenordnungen ) und weitere Abhängigkeiten von Druck und Spannung liegen vor. Des weiteren wird die Strömung nicht wie die klassische Rayleigh Benard Konvektion ausschließlich von unten beheizt. Vielmehr sorgen radioaktive Quellen im Erdmantel für interne Heizungsmechanismen. Numerische Experimente sind heute das wichtigsten Forschungsinstrumente der Geodynamik Oft sind die Berechnungen aufwendig und beanspruchen selbst heutige Höchstleisutngsrechner bis an ihre Grenzen. Wir entwickeln Verfahren zur Behandlung von Problemen aus der geophysikalischen Fluiddynamik und wenden diese auf unterschiedliche Fragestellungen an.

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