Der innere Erdkern verlängert und verkürzt unsere Tage um Millisekunden

Ein Tag auf der Erde dauert nicht unveränderlich 86.400 Sekunden. Über Zeiträume von Jahrzehnten hinweg wird er um einige Tausendstelsekunden länger und kürzer, und eine neue Studie führt den Großteil dieser Schwankung auf ein gravitationsbedingtes Tauziehen mehr als 5.000 Kilometer unter unseren Füßen zurück.

Die Geophysiker Huifeng Zhang und Mathieu Dumberry von der University of Alberta berichten in Nature, dass der feste innere Erdkern – eine leicht unrunde Eisenkugel – an dichten Bereichen des Erdmantels zieht, wenn sich seine Ausrichtung verschiebt. Dieser Zug beschleunigt oder verlangsamt den Gesteinsmantel und die Erdkruste, auf der wir leben – und damit auch die Länge des Tages. Zwei weitere Kräfte an der Grenze zwischen Kern und Mantel wirken dagegen.

Das Ergebnis beantwortet eine Frage, um die Geophysiker seit Jahrzehnten kreisen. Sie wussten, dass Kern und Mantel auf diesen Zeitskalen Drehimpuls austauschen, nicht jedoch, über welche physikalische Verbindung dieser Austausch erfolgt. Zudem hält es eine Überraschung über das Zentrum des Planeten bereit: Der innere Kern scheint sehr langsam zu fließen, anstatt dort als starrer Brocken zu verharren.

Warum eine pendelnde Eisenkugel die Uhr beeinflussen kann

Die Gesamtrotation der Erde, ihr Drehimpuls, bleibt nahezu konstant. Wenn der flüssige äußere Kern schneller rotiert, muss sich der Mantel zum Ausgleich verlangsamen – und umgekehrt. Diese winzigen Schwankungen in der Rotation des Mantels lassen die Tageslänge über Zyklen von mehreren Jahrzehnten hinweg pendeln.

Offen war, welche Kopplung dafür verantwortlich ist; drei Kandidaten standen zur Auswahl. Die elektromagnetische Kopplung wirkt über das Magnetfeld und hängt davon ab, wie gut die unterste Schicht des Mantels Elektrizität leitet. Die topografische Kopplung entsteht durch Druck, der gegen Unebenheiten an der Kern-Mantel-Grenze wirkt. Die gravitative Kopplung geht von Masse aus: Der innere Kern ist keine perfekte Kugel, und der Mantel enthält ungleichmäßige Ansammlungen dichten Gesteins.

Wenn Strömungen im flüssigen äußeren Kern den inneren Kern so anstoßen, dass er sich gegenüber dem Mantel leicht dreht, geraten seine Ausbuchtungen aus der Ausrichtung mit diesen dichten Regionen. Die Gravitation zieht sie zurück in die Ausrichtung, und diese rückstellende Kraft, ein gravitationsbedingtes Drehmoment, überträgt Drehimpuls auf den Mantel. Der Studie zufolge pendelt der innere Kern gegenüber dem Mantel um etwa 2,35 Grad hin und her, in einem Zyklus von 60 bis 70 Jahren.

„Das gravitative Drehmoment wirkt in die Richtung, die erforderlich ist, um die beobachteten Veränderungen der Erdrotation zu erklären, während die elektromagnetischen und topografischen Drehmomente ihm im Allgemeinen entgegenwirken“, schrieben die beiden Forscher in einer Zusammenfassung ihrer Arbeit für die Forschungsgemeinschaft von Springer Nature.

So gingen die Forscher vor

Kein Instrument kann den Erdkern erreichen, daher kombinierte das Team drei indirekte Datensätze. Der erste ist die Tageslänge selbst, erfasst mit Atomuhren und astronomischen Beobachtungen. Der zweite umfasst Modelle der Strömungen im flüssigen äußeren Kern, rekonstruiert aus Satellitenmessungen des Erdmagnetfelds. Der dritte besteht aus seismischen Hinweisen zur Struktur des tiefen Erdinneren.

Diese Daten speisten sie in ein statistisches Verfahren namens Markov-Chain-Monte-Carlo ein, das eine enorme Zahl möglicher Werte für unbekannte Größen erprobt und die Kombinationen beibehält, die zu den Beobachtungen passen. Zu den Unbekannten gehörte die Stärke jeder der drei Kopplungen. Das Modell reproduzierte rund sechs Jahrzehnte an Daten zur Tageslänge am besten, wenn das gravitative Drehmoment den größten Anteil der Wirkung übernahm und die beiden anderen als Bremsen wirkten.

Es ist entscheidend, die drei Mechanismen gemeinsam zu testen, weil sie gleichzeitig wirken und sich teilweise gegenseitig aufheben. Ein Modell, das nur eine Kopplung betrachtet, kann ihr einen Effekt zuschreiben, der auf der realen Erde durch eine andere ausgeglichen wird.

„Diese unterschiedlichen Informationsbausteine können zusammengeführt werden, um ein schlüssigeres Bild vom tiefen Erdinneren zu liefern – einer Region, die sich äußerst schwer direkt beobachten lässt“, sagte Zhang.

Einige Millisekunden – gemessen woran?

Verglichen mit der Dauer eines Tages ist der Effekt winzig. Einige Millisekunden von 86.400 Sekunden entsprechen einer Veränderung um einige Teile pro 100 Millionen, also einer Dauer, die weit kürzer ist als ein Augenblinzeln. Niemand nimmt sie wahr, doch Atomuhren und die Systeme zur Bestimmung der Erdorientierung für die Satellitennavigation registrieren sie.

Auch andere Kräfte verändern die Tageslänge. Winde und Meeresströmungen verschieben sie über Tage und Jahreszeiten hinweg, während die Gezeiten des Mondes die Erdrotation über Millionen von Jahren langsam abbremsen. Die Schwankungen auf der Zeitskala von Jahrzehnten lagen dazwischen; der Kern wurde lange als Ursache vermutet, doch der Mechanismus blieb ungeklärt.

Die Studie beziffert zudem, wie weich das Zentrum des Planeten ist. Die am besten passenden Modelle legen nahe, dass der innere Kern seine Form über ungefähr ein Jahrzehnt hinweg entspannt, innerhalb einer möglichen Spanne von 2 bis 31 Jahren. Unter gewaltigem Druck bleibt er festes Eisen, gibt über Jahre hinweg jedoch wie extrem zäher Kitt nach. Die Forscher berichten, dass diese Viskosität mit jüngeren Laborexperimenten zu Eisenlegierungen übereinstimmt.

Die Stärke der Gravitationskraft sagt auch etwas über den Mantel aus. Sie stützt die Annahme, dass die beiden kontinentalgroßen Gesteinsanhäufungen unter Afrika und dem Pazifik, in denen sich seismische Wellen ungewöhnlich langsam ausbreiten, heiß sind und zudem chemisch dichter als das sie umgebende Gestein.

Was damit nicht geklärt ist

Die Rekonstruktion hängt von unvollständigen Datensätzen ab. Die seismische Abdeckung des tiefen Erdinneren ist lückenhaft, und aus Magnetfelddaten abgeleitete Modelle der Kernströmungen erfassen nur die größten Strukturen im äußeren Kern. Die abgeleitete Form des inneren Kerns und die Dichte der Mantelanhäufungen ergeben sich aus der Anpassung des Modells und nicht aus direkten Messungen, zudem ist die Spanne von 2 bis 31 Jahren für die Weichheit des inneren Kerns groß.

Das Modell lässt außerdem einen Teil des Signals unerklärt. Schnellere Veränderungen auf Zeitskalen von 10 bis 30 Jahren beziehen wahrscheinlich zusätzliche Prozesse ein, und eine eigenständige sechsjährige Schwingung der Tageslänge bleibt ein offenes Problem, das Zhang nun untersucht.

Hinzu kommt die Rotation des inneren Kerns selbst, eines der umstrittensten Themen der Seismologie. Studien eines Teams der Peking University aus dem Jahr 2023 und eines Teams der University of Southern California aus dem Jahr 2024 kamen zu dem Schluss, dass die Bewegung des inneren Kerns gegenüber dem Mantel etwa 2009 bis 2010 zum Stillstand kam und begann, sich umzukehren. Das neue Modell mit einem Richtungswechsel um 2010 passt zu diesem Bild, doch andere Seismologen haben argumentiert, dass Veränderungen an der Oberfläche des inneren Kerns und nicht seine Rotation dieselben seismischen Signale erklären. Die Autoren führen zudem als ungeklärt an, ob sich künftige Verschiebungen in der Rotation des inneren Kerns überhaupt vorhersagen lassen.

Häufige Fragen zur Länge eines Erdentags

Warum dauert ein Tag nicht exakt 24 Stunden?

Der 24-Stunden-Tag ist eine Konvention, während die tatsächliche Erdrotation variiert. Winde und Meeresströmungen verändern sie über Tage und Jahreszeiten hinweg, die Gezeiten des Mondes verlängern sie über Millionen von Jahren, und der Austausch von Drehimpuls zwischen Kern und Mantel verändert sie über Jahrzehnte um einige Millisekunden.

Kehrt der innere Erdkern seine Rotation um?

Nein. Seismische Studien legen nahe, dass sich der innere Kern geringfügig schneller oder langsamer als der Mantel dreht; relativ zur Oberfläche driftet er also zunächst in eine Richtung und dann wieder zurück. Die neue Studie modelliert dies als eine Pendelbewegung von etwa 2,35 Grad in einem Zyklus von 60 bis 70 Jahren, mit einem Richtungswechsel um 2010.

Wird der innere Kern die Tage spürbar länger oder kürzer machen?

Nein. Die Veränderungen summieren sich über Jahrzehnte auf einige Millisekunden – weit unterhalb dessen, was ein Mensch bemerken kann. Sie sind für präzise Zeitmessung, Satellitennavigation und Geophysik relevant, wo die Erdrotation auf Bruchteile einer Millisekunde genau verfolgt wird.

Woher wissen Wissenschaftler, was im Erdkern geschieht?

Keine Sonde kann ihn erreichen. Forscher kombinieren seismische Wellen von Erdbeben, die den Kern durchqueren, Satellitenmessungen des Magnetfelds, das im flüssigen äußeren Kern erzeugt wird, und präzise Aufzeichnungen der Erdrotation. Diese Studie nutzte alle drei Informationsquellen.

Nature veröffentlichte die Studie am 23. September 2026. Zwischen den frühen 1970er-Jahren und 2021 veränderten Kernprozesse die Tageslänge nach Erkenntnissen des Teams um einige Millisekunden. Der nächste Test ist der Sechsjahreszyklus: Eine separate Gruppe berichtete in einem Preprint vom Juni 2026, der noch nicht begutachtet wurde, über ein entsprechendes sechsjähriges Signal in Satellitendaten zur Schwerkraft, das sie mit derselben Kopplung zwischen innerem Kern und Mantel in Verbindung bringt. Falls beide Datensätze dieselbe Pendelbewegung zeigen, lässt sich der Zug einer Metallkugel im Zentrum des Planeten sowohl aus dem Orbit als auch anhand der Uhr ablesen.

Referenz: Zhang und Dumberry, „Gravitational torque drives multidecadal variations in length of day“, Nature, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-10999-2

Schlagwörter: earth science, Erdrotation, geophysics, innerer Erdkern, Mathieu Dumberry, Tageslänge