Für das bloße Auge unsichtbar, aber für das Leben auf der Erdoberfläche lebenswichtig: das Magnetfeld der Erde. Der natürliche Schutzschild unseres Heimatplaneten wird durch wirbelndes flüssiges Eisen im äußeren Kern, der sich etwa 2.900 km unter unseren Füßen befindet, erzeugt. Doch vor etwa 565 Millionen Jahren schwächte sich dieses Feld rapide auf nur noch 10 Prozent seiner heutigen Stärke ab. Wissenschaftler rätseln seit Langem, warum dies geschah und wie es mit anderen wichtigen Ereignissen in der Erdgeschichte zusammenhängt, wie der kambrischen Explosion des vielzelligen Lebens.
Magnetfeld kurz vorm Zusammenbruch
Neue Forschungsergebnisse von Wissenschaftlern der University of Rochester liefern nun einige Antworten. Ihrer Studie zufolge kehrte das Feld (in kosmischen Maßstäben) schnell zurück – innerhalb von nur einigen zehn Millionen Jahren – und fiel mit der Bildung des festen Erdkerns zusammen. Dies deutet darauf hin, dass die beiden Phänomene irgendwie miteinander verbunden sind. Die Forscher spekulieren, dass das plötzliche Wachstum des inneren Kerns dazu geführt haben könnte, dass die Konvektionsströme im äußeren Kern abrupt ihre Richtung geändert haben, was zu einer plötzlichen Verstärkung des Magnetfelds führte.
„Der innere Kern ist von enormer Bedeutung“, so John Tarduno, Professor für Geophysik im Fachbereich Erd- und Umweltwissenschaften in Rochester. „Kurz bevor der innere Kern zu wachsen begann, stand das Magnetfeld kurz vor dem Zusammenbruch, aber sobald der innere Kern zu wachsen begann, wurde das Feld regeneriert.“
In der in Nature Communications veröffentlichten Studie haben die Forscher mehrere Schlüsseldaten in der Geschichte des Erdinneren bestimmt. Mithilfe eines CO₂-Lasers und eines supraleitenden Quanteninterferenzgeräts (SQUID) Magnetometer konnte das Team Feldspatkristalle aus dem Gestein Anorthosit analysieren. Diese Kristalle haben winzige magnetische Nadeln in ihrem Inneren, die „perfekte magnetische Aufzeichnungsgeräte“ sind, so der Hauptautor der Studie, Daniel Tarduno.
Forscher untersuchen im Gestein eingeschlossenen Magnetismus
Durch die Analyse der Daten dieser Kristalle war das Team in der Lage, das Alter und das Wachstum des inneren Kerns genauer einzugrenzen. Die Forschungsergebnisse geben Aufschluss über die Geschichte und die zukünftige Entwicklung der Erde und darüber, wie sie zu einem bewohnbaren Planeten wurde, sowie über die Entwicklung der anderen Planeten im Sonnensystem.
Durch die Untersuchung des in alten Kristallen eingeschlossenen Magnetismus – ein Gebiet, das als Paläomagnetismus bekannt ist – haben die Forscher zwei neue wichtige Daten in der Geschichte des inneren Kerns ermittelt. Das erste Datum vor 550 Millionen Jahren ist der Zeitpunkt, an dem das Magnetfeld nach einem Beinahe-Kollaps begann, sich schnell zu erneuern. Die Forscher führen die schnelle Erneuerung des Magnetfelds auf die Bildung eines festen inneren Kerns zurück, der den geschmolzenen äußeren Kern wieder auflud und die Stärke des Magnetfelds wiederherstellte.
Das zweite Datum liegt 450 Millionen Jahre zurück, als sich die Struktur des wachsenden inneren Kerns veränderte und die Grenze zwischen dem innersten und dem äußersten inneren Kern markierte. Diese Veränderungen im inneren Kern fielen etwa zur gleichen Zeit mit Veränderungen in der Struktur des darüber liegenden Mantels zusammen, die auf die Plattentektonik an der Erdoberfläche zurückzuführen sind. Zusammengenommen liefern diese Ergebnisse neue Erkenntnisse darüber, wie sich das Magnetfeld unseres Planeten im Laufe der Zeit entwickelt hat.
Ohne Magnetfeld hätte Erde wohl viel Wasser verloren
Die Enträtselung der Geheimnisse des Erdmagnetfeldes ist nicht nur wichtig für das Verständnis der Geschichte unseres Planeten, sondern hat auch Auswirkungen auf die Vorhersage seiner Zukunft. Außerdem kann ein besseres Verständnis der Funktionsweise des Erdmagnetfelds dabei helfen, verstehen, wie andere Planeten die Bedingungen aufrechterhalten können, die für die Entstehung von Leben notwendig sind. Gemäß gängigen Theorien besaß auch der Mars einst ein Magnetfeld, das sich jedoch im Laufe der Zeit auflöste, wodurch der Planet dem Sonnenwind ausgesetzt war und die Existenz von flüssigen Ozeanen auf der Oberfläche unmöglich wurde.
Es ist zwar unklar, ob das Fehlen eines Magnetfelds auf der Erde die gleichen Auswirkungen gehabt hätte, aber „die Erde hätte sicherlich viel mehr Wasser verloren, wenn das Magnetfeld der Erde nicht regeneriert worden wäre“, so Tarduno. Der Planet wäre viel trockener und ganz anders als er heute ist. „Diese Forschung unterstreicht die Notwendigkeit eines wachsenden inneren Kerns, der ein Magnetfeld über die gesamte Lebensdauer – viele Milliarden Jahre – eines Planeten aufrechterhält.“
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