Wissenschaftler enthüllen die verborgene elektrische Struktur der USA und decken schwerwiegende Risiken auf

Nach 18 Jahren Forschung und Messungen an mehr als 1.800 Standorten im ganzen Land hat das United States Magnetotelluric Array (USMTArray) die erste großflächige Untersuchung der elektrischen Eigenschaften unter dem Kontinent abgeschlossen.

In einer neuen Studie haben Forscher des Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) eine dreidimensionale Karte vorgestellt, die zeigt, wie elektrische Ströme durch vergrabene Gesteine, Fluide und alte geologische Formationen fließen. Die Karte enthüllt verborgene Strukturen und leitfähige Pfade tief unter Nordamerika.

Das USMTArray misst natürliche Schwankungen der elektrischen und magnetischen Felder an der Erdoberfläche.

Was die Studie zeigt

Da die elektrische Leitfähigkeit Untergrund, Fluiden und Temperatur beeinflusst wird, ermöglichen diese Messungen Wissenschaftlern, Strukturen ächennahen Sedimentschichten bis hin zu über eine Milliarde Jahre alten Formationen zu untersuchen, die das Fundament des Kontinents tragen. „Magnetotellurische Daten, die natürliche Schwankungen elektrischer und magnetischer Felder an der Erdoberfläche messen, um die elektrische Leitfähigkeit des Untergrunds zu kartieren, reagieren sehr stark auf Flüssigkeiten und Schmelzen," sagte Anna Kelbert, Earth Science Project Scientist CfA und Erstautorin der neuen Studie.

Neue 3D-Erdbildung könnte Warnungen vor Sonnenstürmen verbessern.

Kelbert betonte, dass das USMTArray zudem einen dreidimensionalen Überblick über die elektrische Leitfähigkeit bietet, der sich äche bis in den Erdmantel erstreckt. „Das eröffnet einen grundlegend anderen Einblick in die Erde Vergleich zu seismischen Daten." Die Ergebnisse haben wichtige praktische Implikationen.

Technik, Energie und Einsatz

Während geomagnetischer Stürme kann die vom Sonnenwind freigesetzte Energie elektrische Ströme erzeugen, die durch den Boden fließen und in die Strominfrastruktur eindringen. Der Blackout Québec 1989 verdeutlichte die Gefahr, als stürmbedingte geoelektrische Felder das Stromnetz ébec überlasteten und Millionen Menschen den Strom entzogen.

Kelbert und ihre Kollegen stellten fest, dass während desselben Sturms die Amplituden des geoelektrischen Feldes an einer Station Maine 22,79 Volt pro Kilometer (36,7 Volt pro Meile) erreichten. Bei dieser Intensität leitete der Boden Strom weit über die Grenzen hinaus, für die die meisten Stromnetze ausgelegt sind.

Stromnetze sind dafür konzipiert, Wechselstrom zu bewältigen, nicht Gleichstrom. „Ich glaube, dass alles über 1 V/km eingestuft wird", sagte Kelbert. „Bei Werten 20 V/km würde sich bei einer Ausrichtung des geoelektrischen Feldes dieser Amplitude entlang einer typischen 200-km-Stromleitung Maine Spannungen von 4.000 V ergeben, die einen starken quasi-Gleichstrom über diese Leitung treiben würden." Sonnenstürme stellen eine wachsende Bedrohung für Stromnetze dar Ein anhaltender Gleichstromstoß kann Transformatoren überlasten, was zu Überhitzung und möglicherweise zur Zerstörung ersetzendem Equipment führt.

Technik, Energie und Einsatz

Ein Großereignis, das größer als der Blackout von 1989 sein könnte, könnte große Teile des Landes über einen längeren Zeitraum ohne Strom lassen. Kelbert erklärte, dass das USMTArray die Fähigkeit zur Einschätzung dieser Risiken erheblich verbessert.

In der Vergangenheit stützten sich Forscher auf vereinfachte eindimensionale Modelle, um zu schätzen, wie sich Elektrizität Untergrund bewegt. Die neue Vermessung zeigt, dass die geologische Beschaffenheit des Untergrunds in den gesamten Vereinigten Staaten weitaus komplexer ist.

Geoelektrische Risiken können sich selbst zwischen Standorten, die nur wenige Meilen voneinander entfernt liegen, drastisch unterscheiden; einige benachbarte Gebiete weisen Unterschiede auf, die denen, die Hunderte.

Heute fließen Daten des USMTArray

Heute fließen Daten des USMTArray in eine Echtzeit-Gefahrenkarte ein, die Atmospheric Administration (NOAA) und dem United States Geological Survey (USGS) betrieben wird.

Das System überwacht elektrische Felder im gesamten Land während geomagnetischer Stürme und ermöglicht Wissenschaftlern sowie Katastrophenschutzbehörden, Risiken an spezifischen Standorten mit weitaus größerer Detailgenauigkeit einzuschätzen als zuvor.

Eine groß angelegte Umfrage enthüllt antike Strukturen unter Nordamerika Das Projekt begann 2006 mit dem Ziel, ein detailliertes Bild der tiefen geologischen Struktur Nordamerikas zu erstellen.

Technik und Auswirkungen

Das daraus resultierende dreidimensionale elektrische Modell verfolgt die Bewegung antiker Landmassen, die vor langer Zeit kollidierten, kartiert stabile kontinentale Regionen, die über Milliarden überdauert haben, und zeigt, wie sich Nordamerika formte.

Gegensatz zu seismischen Verfahren können diese elektrischen Messungen Merkmale wie inaktive antike Subduktionszonen identifizieren, die durch leitfähige Materialien wie Graphit und Sulfidminerale tief unter der Erde markiert sind.

Da die Karte unterirdische Fluide und elektrisch leitfähige Minerale erkennen kann, sagen Forscher, dass sie auch bei der Suche nach wertvollen Ressourcen, einschließlich Lagerstätten und unterirdischen Wärmequellen, helfen könnte. „Es besteht immer noch eine Lücke zwischen dem Wissen um geoelektrische Felder Echtzeit und der Nutzung dieser Informationen für rechtzeitige operative Entscheidungen", sagte Kelbert. „Vorhersage, nicht nur Detektion, ist die nächste Etappe." Quelle: „The United States Magnetotelluric Array and the National Impedance Map", Paul A.

Bedrosian, Adam Schultz, Gary D. Egbert, Louise Pellerin, Jeffrey J. Love, Andrew Frassetto und Benjamin S. Murphy, 1. Mai 2026, Reviews Geophysics. DOI: 10.1029/2024RG000850