Das Magnetfeld lügt nicht, wir haben es nur falsch gelesen
Das Erdmagnetfeld kippt nicht immer schnell. Neue Daten zeigen Umkehrungen über bis zu 70.000 Jahre – mit Folgen für Klima und Leben.
Sedimentkerne aus dem Nordatlantik stellen das klassische Bild der Magnetfeld-Umkehr auf den Kopf.
Foto: Smarterpix / vjanez
Das Magnetfeld der Erde gilt als verlässlicher Begleiter. Es lenkt Kompasse, schirmt den Planeten gegen Teilchen aus dem All ab und hinterlässt Spuren in Gesteinen. Lange schien klar: Wenn sich der magnetische Nord- und Südpol vertauschen, dann geschieht das langsam, aber überschaubar. Etwa 10.000 Jahre, dann ist die Sache erledigt. Neue Daten zeigen nun: Diese Annahme war zu einfach.
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Ein Feld in Bewegung
Das Erdmagnetfeld entsteht tief unter unseren Füßen. Im flüssigen äußeren Kern aus Eisen und Nickel bewegen sich leitfähige Strömungen. Sie erzeugen elektrische Ströme – und damit ein Magnetfeld. Dieses Feld ist nicht stabil. In unregelmäßigen Abständen kippt es. Nord wird Süd, Süd wird Nord. Solche geomagnetischen Umkehrungen sind kein Ausnahmefall. In den vergangenen 170 Millionen Jahren passierten sie rund 540-mal.
Bisher gingen Geowissenschaftlerinnen und Geowissenschaftler davon aus, dass diese Prozesse relativ einheitlich ablaufen. Das Feld wird schwächer, beginnt zu schwanken, die Pole wandern, nach einigen tausend Jahren ist die Umkehr abgeschlossen. Genau dieses Bild gerät nun ins Wanken.
Sedimente als Langzeitgedächtnis
Eine neue Studie eines internationalen Teams unter Beteiligung der University of Utah, Forschender aus Frankreich und Japan, zeigt deutlich längere Umkehrphasen. Im Fokus stehen Sedimentkerne aus dem Nordatlantik, gebohrt im Rahmen des Integrated Ocean Drilling Program vor der Küste Neufundlands.
Diese Sedimente sind feinkörnige Archive. Staub, Erosion und Mikroorganismen lagerten über Millionen Jahre winzige Magnetitkristalle ab. Sie richten sich beim Absinken wie Kompassnadeln am damaligen Magnetfeld aus. „Wir messen die Richtung und Intensität der Magnetisierung, die in diesen Kernen erhalten geblieben ist“, erklärt Mitautor Peter Lippert.
Eine Umkehr dauert plötzlich viel länger
In einer etwa 8 m dicken Sedimentschicht aus dem Eozän, vor rund 40 Millionen Jahren, stieß das Team auf ein unerwartetes Muster. Zwei stabile magnetische Zustände lagen weit auseinander. Dazwischen: ein ungewöhnlich breiter Bereich instabiler Polarität.
„Der Abstand zwischen ihnen – der unstabile Polaritätsbereich – erstreckte sich über viele, viele Zentimeter“, so Lippert. Die Forschenden erhöhten die Auflösung drastisch und nahmen Proben in Abständen von wenigen Zentimetern. Das Ergebnis: Eine geomagnetische Umkehr dauerte etwa 18.000 Jahre, eine andere sogar rund 70.000 Jahre. Damit liegen diese Prozesse weit außerhalb dessen, was lange als typisch galt.
Folgen für Atmosphäre und Leben
Warum das relevant ist, geht über Geophysik hinaus. Während einer Umkehr ist das Magnetfeld geschwächt. Mehr kosmische und solare Strahlung erreicht die Erde. Lippert warnt vor möglichen Konsequenzen: „Das Erstaunliche am Magnetfeld ist, dass es ein Sicherheitsnetz gegen Strahlung aus dem Weltraum bildet.“
Und weiter: „Wenn mehr Sonnenstrahlung auf den Planeten trifft, verändert dies die Navigationsfähigkeit der Organismen.“ Besonders in hohen Breitengraden könnte dies Auswirkungen gehabt haben – etwa auf atmosphärische Chemie, Klimaprozesse oder genetische Veränderungen. Lippert formuliert es klar: „Es könnte zu einer Erosion der Atmosphäre kommen.“
Modelle hatten es angedeutet
Ganz aus dem Nichts kommt die Entdeckung nicht. Numerische Modelle des sogenannten Geodynamos – also der Strömungen im äußeren Erdkern – zeigen seit Jahren eine große Bandbreite möglicher Umkehrdauern. Einige Simulationen lassen Übergänge von bis zu 130.000 Jahren zu. Was fehlte, war der geologische Beleg.
Diesen liefert nun die Analyse der Sedimentkerne. Hauptautor Yuhji Yamamoto von der Kochi University schreibt: „Diese Entdeckung enthüllte einen außergewöhnlich langwierigen Umkehrprozess, der das herkömmliche Verständnis in Frage stellte.“
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