Was ist ein Gravitationsloch? Die Schwachstelle der Antarktis erklärt

Die Schwerkraft der Erde ist keine Konstante

Die meisten von uns haben gelernt, dass die Schwerkraft eine stetige, gleichmäßige Kraft ist, die alles zum Boden zieht. In Wirklichkeit variiert sie über die Oberfläche des Planeten. Wo das Gestein unter der Erdkruste dicht ist, zieht die Schwerkraft etwas stärker. Wo es leichter ist oder fehlt, schwächt sich die Schwerkraft ab. Wissenschaftler nennen diese Variationen Gravitationsanomalien, und das extremste Beispiel auf der Erde befindet sich direkt unter der Antarktis.

Was ist ein Gravitationsloch?

Ein Gravitationsloch – formell als Geoid-Tief bezeichnet – ist eine Region, in der die Schwerkraft der Erde messbar schwächer ist als der globale Durchschnitt. Um es zu verstehen, muss man wissen, was das Geoid ist: die Form, die die Meeresoberfläche annehmen würde, wenn Winde, Gezeiten und Strömungen vollständig entfernt würden. Da die Schwerkraft etwas stärker ist, wo sich dichtes Gestein unter dem Meeresboden konzentriert, wird Wasser in diese Bereiche gezogen, wodurch sich die Meeresoberfläche ausbeult. Wo das Gestein leichter ist, fließt das Wasser ab und die Oberfläche senkt sich ab.

Die Antarktis liegt über der stärksten solchen Senke auf dem Planeten – dem Antarctic Geoid Low. Die Meeresoberfläche um den Kontinent liegt etwa 50–60 Meter tiefer als der globale Geoid-Durchschnitt, weil Wasser effektiv in Regionen mit stärkerer Schwerkraft gezogen wird. Satelliten entdeckten diese Anomalie erstmals in den frühen 2000er Jahren und stellten fest, dass der Südliche Ozean in der Nähe der Antarktis messbar flacher war als von Modellen vorhergesagt.

Warum ist die Schwerkraft unter der Antarktis schwächer?

Die Antwort liegt Hunderte von Kilometern unter der Erde, in einem Prozess namens Mantelkonvektion. Der Erdmantel – die dicke Schicht aus halbschmelzflüssigem Gestein zwischen der Erdkruste und dem äußeren Kern – ist nie ganz still. Über Millionen von Jahren steigt heißes Gestein auf, während kühles, dichtes Gestein absinkt, angetrieben von Wärme, die aus dem Erdinneren in riesigen, trägen Strömungen entweicht.

Unter der Antarktis schuf dieser Prozess eine spezifische Kombination. Kalte, dichte Platten alter tektonischer Platten sanken entlang der pazifischen und südatlantischen Ränder des Kontinents in den tiefen Mantel. Gleichzeitig stieg ein breiter Aufstrom heißen, auftriebsstarken Gesteins unter der Rossmeer-Region auf. Dichtes Material erzeugt eine stärkere Schwerkraft; heißes, leichtes Material erzeugt eine schwächere Schwerkraft. Das Nettoergebnis ist ein erhebliches Massendefizit unter dem Kontinent – und damit ein Gravitationsloch darüber.

Forscher der University of Florida und des Institut de Physique du Globe de Paris rekonstruierten kürzlich die vollständige Geschichte dieser Anomalie mithilfe von seismischer Tomographie – im Wesentlichen die Durchführung eines CT-Scans des Erdinneren mithilfe von Erdbebenwellen. Ihre Studie, veröffentlicht in Scientific Reports, verfolgte das Gravitationsloch mindestens 70 Millionen Jahre zurück und stellte fest, dass es sich zwischen 50 und 30 Millionen Jahren dramatisch verstärkte.

Wie Wissenschaftler es messen

Jahrzehntelang wurden Gravitationsanomalien mithilfe empfindlicher Gravimeter kartiert, die auf Schiffen und Flugzeugen mitgeführt wurden. Das Feld wurde im Jahr 2002 transformiert, als die NASA die GRACE-Mission (Gravity Recovery and Climate Experiment) startete – Zwillingssatelliten, die winzige Gravitationsvariationen aus dem Orbit erfassten, indem sie den sich ändernden Abstand zwischen sich selbst maßen, als sie über Regionen mit unterschiedlicher Masse flogen. GRACE erstellte die detailliertesten Schwerkraftkarten der Erde, die jemals erstellt wurden, enthüllte deutlich die volle Ausdehnung des Antarctic Geoid Low und bestätigte ihn als die stärkste Gravitationssenke des Planeten.

Hat das Gravitationsloch dazu beigetragen, die Antarktis zu gefrieren?

Eine der auffälligsten Implikationen der jüngsten Forschung ist eine mögliche Verbindung zwischen der Vertiefung des Gravitationslochs und der Bildung der antarktischen Eisschilde. Die Vergletscherung der Antarktis begann vor etwa 34 Millionen Jahren – genau zu dem Zeitpunkt, als sich die Gravitationsanomalie am schnellsten verstärkte.

Der vorgeschlagene Mechanismus ist elegant: Als sich das Gravitationstief vertiefte, zog es Meerwasser von der Antarktis weg und senkte so effektiv den lokalen Meeresspiegel relativ zum Land. In der Glaziologie ermöglichen niedrigere Meeresspiegel es Eisschilden, sich fest auf dem Kontinentalschelf zu verankern, anstatt zu schwimmen und auseinanderzubrechen. Indem der sich drehende Mantel die lokale "Wasserlinie" senkte, könnte er Bedingungen geschaffen haben, die es den entstehenden Gletschern der Antarktis ermöglichten, sich zu stabilisieren und zu dem riesigen gefrorenen Kontinent heranzuwachsen, der heute existiert.

Warum das jetzt wichtig ist

Das Verständnis des Gravitationslochs der Antarktis ist nicht rein akademisch. Da der Klimawandel den Eisverlust auf dem gesamten Kontinent beschleunigt, ermöglicht die Entfernung dieser enormen Eismasse dem darunter liegenden Land, sich langsam zu erholen – ein Prozess, der als glaziale isostatische Anpassung bezeichnet wird. Diese Erholung verändert die Massenverteilung im Mantel, was wiederum das Gravitationsfeld selbst beeinflusst. Wissenschaftler stellen fest, dass sich die Anomalie anscheinend allmählich verstärkt, wenn Eis verloren geht, wodurch eine Rückkopplungsschleife entsteht, die erst allmählich verstanden wird.

Genaue Schwerkraftkarten sind auch für die Modellierung des globalen Meeresspiegelanstiegs unerlässlich. Da das Antarctic Geoid Low beeinflusst, wie sich Schmelzwasser über die Weltmeere verteilt, wirkt sich jede Änderung seiner Stärke auf die Meeresspiegelprognosen für Küstenlinien Tausende von Kilometern entfernt aus. Die schwächste Schwerkraft der Erde hat sich als Konsequenzen herausgestellt, die weit über den gefrorenen Süden hinausreichen.