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Schwingender Planet: Die Erde brummt

Die Erde schwebt nicht still durchs All - sie brummt und wummert in zahlreichen Tonlagen. Forscher sind fasziniert von den Geräuschen, die der Planet von sich gibt. Denn sie können wertvolle Informationen darüber liefern, wie Atmosphäre, Ozeane und Kontinente zusammenwirken.

Manchmal ist es ein Glück, nicht besonders gut hören zu können - so wie der Mensch, der schließlich nur einen sehr begrenzten Bereich des Schallspektrums wahrnimmt. Könnte er nämlich Töne hören, die etwa ein Dutzend Oktaven tiefer sind als der tiefste tatsächlich hörbare Ton, käme er wohl überhaupt nicht mehr zur Ruhe. Denn in diesem Frequenzbereich summt und brummt es, ständig und überall, ausschalten unmöglich: Die Quelle der tiefen Töne ist die Erde selbst.

Erde und Mond: Der Planet brummt
NASA

Erde und Mond: Der Planet brummt

Seit etwa zehn Jahren wissen Forscher: Der Erdball kommt nie zur Ruhe, er vibriert permanent. Selbst wenn es gerade keinen Vulkanausbruch oder ein Erdbeben gibt, schwingt die Erde mit bestimmten Eigenfrequenzen, vergleichbar mit einer riesigen Glocke. Fachleute nennen das "Hum", übersetzt Summen oder auch Brummen - und rätseln seit der Entdeckung im Jahr 1998, was diese Vibrationen eigentlich auslöst.

Denn beim Hum handelt es sich im Gegensatz zum Glockenklang nicht um ein einfaches Schwingen. "Der Hum besteht aus einer Überlagerung von etwa 60 Frequenzen zwischen drei und sieben Millihertz", erläutert der Geophysiker Rudolf Widmer-Schnidrig, der gemeinsam mit seinem Doktoranden Dieter Kurrle in einem verlassenen Bergwerkstollen im Schwarzwald mit hochsensiblen Messgeräten dem Summen lauscht.

Das Erdbrummen ähnelt also nicht dem Klang eines einzelnen Instruments, sondern eher dem eines ganzen Orchesters mit diversen Instrumenten. Die Forscher haben die Schwingungen auch hörbar gemacht. In einer Tonaufnahme (siehe Kasten) ist das Erdbrummen zu hören - und am Ende ein lauter Knall, bei dem es sich um ein Seebeben im Indischen Ozean handelt.

Und auch die Struktur der Vibrationen scheint komplizierter zu sein, als Forscher es bislang angenommen hatten. Erwartet hatten sie, dass das Konzert der Erde aus sogenannten sphäroidalen Schwingungen der Erde bestehen. "Sie ähneln der Bewegung eines Schiffs bei hohem Seegang", sagt Widmer-Schnidrig. "Es bewegt sich auf und ab, gleichzeitig aber auch etwas vor und zurück - es legt dabei insgesamt eine ellipsenförmige Bahn zurück." Tatsächlich spielen diese Schwingungen beim Hum eine Rolle: Die Erde hebt und senkt sich alle paar Minuten um wenige Zehntausendstel Millimeter, und auch die horizontalen Bewegungen konnten die Forscher mittlerweile charakterisieren.

Zwei Arten von Schwingungen

Dabei stießen sie jedoch auf unerwartete Schwierigkeiten: "Das Frequenzspektrum der horizontalen Erdbewegung zeigt keine einfache und klare Struktur wie das Spektrum der Schwingungen in vertikaler Richtung", sagte der Geophysiker dem Magazin "Bild der Wissenschaft". Die einzig mögliche Ursache: Neben den sphäroidalen muss es noch andere Schwingungen geben. Sie gehen auf eine Verdrillung der Erde zurück - wie bei einer Orange, die man oben und unten anpackt und dann mit beiden Händen in unterschiedliche Richtungen dreht, nur dass die Torsionen der Erdkugel sehr viel komplexer sind.

Der Globus zeigt also eine toroidale Eigenschwingung - ein Phänomen, das bisher lediglich von Erdbeben bekannt war. Dieter Kurrle hat es entdeckt und im März gemeinsam mit seinem Doktorvater im Fachblatt "Geophysical Research Letters" beschrieben. Beide Schwingungsarten, glauben die Forscher, tragen etwa gleich viel zum Erdsummen bei, auch wenn sie wohl völlig unterschiedlich entstehen.

So gehen die sphäroidalen Schwingungen auf Druckkräfte zurück, die auf die Erdoberfläche einwirken und die Kugel so zum Schwingen bringen - wie etwa Druckschwankungen der Lufthülle, Turbulenzen in der Atmosphäre oder auch Wellen im Ozean. Dazu passt, dass die Intensität des Hums während des Nord- und Südwinters, also zwischen Dezember und Februar sowie zwischen Juni und August, am höchsten ist.

Genau in diesen Perioden gibt es auf der Erde auch die heftigsten Stürme - im Nordwinter über Atlantik und Pazifik, im Südwinter über den Meeren rund um die Antarktis. Diese starken Luftbewegungen, so die Theorie, verursachen Wellen, die bis zum Meeresgrund reichen und ihn kräftig durchwalken, und das wiederum regt die Erde zum Schwingen an.

Woher kommen die Schwingungen?

Der toroidale Schwingungsanteil des Erdgebrumms muss hingegen von Scherkräften verursacht werden. Und wie die entstehen, ist nach wie vor völlig rätselhaft. Bisher gibt es nur Spekulationen - etwa dass die Wellen an Unterwassergebirgen umgelenkt werden, dass es eine unsichtbare Kopplung gibt, über die die beiden Eigenschwingungsarten Energie austauschen, dass Erdbeben oder Luftrotationen um Tiefdruckgebiete dahinterstecken. Doch diese Thesen haben alle das gleiche Problem: Die Effekte, die sie hervorrufen, sind bei weitem nicht groß genug, um das globale Brummen zu erklären.

Vielleicht ist es eine Kombination aus mehreren dieser Ursachen, vielleicht aber auch ein bisher unbekannter Faktor. "Wir sind noch weit davon entfernt, ein glaubhaftes Modell für dieses Phänomen zu haben", räumt Widmer-Schnidrig ein. Helfen sollen jetzt noch empfindlichere Seismometer und die neueste Generation von Supercomputern, denn die ermöglichen es laut Widmer-Schnidrig erstmals, die Auswirkungen von Druckfeldern auf dem Meeresboden realistisch zu simulieren.

Es ist jedoch nicht ein rein akademisches Interesse, das die Geophysiker bei ihrer Suche nach dem Erdklang antreibt: Sie erhoffen sich von den Ergebnissen ein besseres Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Ozeanen und der Erde selbst - und damit unter anderem Informationen über das komplizierte weltweite Klimageschehen.

Ralf Butscher, ddp

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