09. Aug. 2019
Das Erdmagnetfeld wirkt als Schutzschirm gegen Sonnenstürme und  und Strahlung aus dem Weltall.

Das Erdmagnetfeld wirkt als Schutzschirm gegen Sonnenstürme und und Strahlung aus dem Weltall.

Seit Beginn der Magnetfeldmessungen hat sich die Feldstärke kontinuierlich abgeschwächt. Manche warnen schon vor einer in näherer Zukunft bevorstehenden Umkehrung des schützenden Feldes. Die Folgen wären für die technische Zivilisation des Menschen gravierend. Je besser die Geowissenschaftler jedoch die Geschichte des Erdmagnetfelds erkennen können, desto gelassener sehen sie in die Zukunft. In "Science Advances" berichten Forschende jetzt über eine neue und ungeahnt detaillierte Chronologie der jüngsten Umkehr. Die jüngste Umkehr hat sich demnach sehr lange hingezogen.

Der jüngste Wechsel im Erdmagnetfeld zog sich über 22.000 Jahre hinweg und dauerte damit rund doppelt so lange wie das Holozän, die derzeitige Warmzeit, in der sich die gesamte kulturelle Entwicklung der Menschheit abspielte. "Wir erkennen in unseren Archiven, dass der Geodynamo vor 795.000 Jahren zum ersten Mal zu einer Magnetfeldumkehr ansetzte und damit die 22.000 Jahre dauernde Übergangszeit begann", berichtet Brad Singer, Professor für Geochronologie und Vulkanologie an der Universität von Wisconsin in Madison. Die erste Umpolung blieb allerdings stecken, das Magnetfeld erholte sich, bevor es vor 784.000 Jahren den nächsten Schwächeanfall erlitt. "Der löste eine Periode von 10.000 bis 12.000 Jahren aus, in der der Geodynamo ziemlich instabil war und die schließlich in der geglückten Magnetfeldumkehr vor 773.000 Jahren gipfelte", so Singer.

Das Erdmagnetfeld ist derzeit ziemlich stabil mit einem von Süden nach Norden laufenden Dipolfeld.

Das Erdmagnetfeld ist derzeit ziemlich stabil mit einem von Süden nach Norden laufenden Dipolfeld.

Bild: GFZ Potsdam
Wird der beherrschende Dipol des Erdmagnetfeldes geschwächt, treten andere Ausrichtungen zutage.

Wird der beherrschende Dipol des Erdmagnetfeldes geschwächt, treten andere Ausrichtungen zutage.

Bild: NASA (public domain)
Rob Coe, UCSC, und Trevor Duarte, UTEP, bei der  Probennahme im Haleakala National Park auf Maui, Hawaii.

Rob Coe, UCSC, und Trevor Duarte, UTEP, bei der Probennahme im Haleakala National Park auf Maui, Hawaii.

Bild: University of Wisconsin/Madison
Hauptautor Brad Singer, Universität von Wisconsin in Madison, im Haleakala National Park auf Maui, Hawaii.

Hauptautor Brad Singer, Universität von Wisconsin in Madison, im Haleakala National Park auf Maui, Hawaii.

Bild: University of Wisconsin/Madison
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Das Erdmagnetfeld ist derzeit ziemlich stabil mit einem von Süden nach Norden laufenden Dipolfeld.

Bild: GFZ Potsdam

Wird der beherrschende Dipol des Erdmagnetfeldes geschwächt, treten andere Ausrichtungen zutage.

Bild: NASA (public domain)

Rob Coe, UCSC, und Trevor Duarte, UTEP, bei der Probennahme im Haleakala National Park auf Maui, Hawaii.

Bild: University of Wisconsin/Madison

Hauptautor Brad Singer, Universität von Wisconsin in Madison, im Haleakala National Park auf Maui, Hawaii.

Bild: University of Wisconsin/Madison

Das Magnetfeld umgibt die Erde wie ein unsichtbarer Schutzschirm, der Teilchen- und Energieströme von der Sonne und aus den Tiefen des Weltalls ablenkt. Seit Wissenschaftler im 19. Jahrhundert begannen, Stärke und Richtung der Magnetfeldlinien zu messen, hat sich eine Abschwächung der Feldstärke um rund fünf Prozent pro Jahrhundert gezeigt. Die Magnetfeldforscher sind davon nicht sonderlich beunruhigt. "Wenn man sich die archäomagnetischen Daten ansieht, dann spricht viel dafür, dass diese Veränderungen in den nächsten 2000 Jahren nicht zu einer Magnetfeldumkehr führen werden", so Singer, "was den Geodynamo angeht, sind die Zeiten derzeit nicht besonders instabil."

Magnetfeld scheint stabil

Tatsächlich scheint das Magnetfeld seit seiner jüngsten Umpolung, der sogenannten Brunhes-Matuyama-Umkehr, sogar ziemlich stabil zu sein, denn es hat seine Polarität seit 773.000 Jahren nicht geändert. "Der Zeitraum seither macht etwa ein Viertel des Quartärs aus, also der jüngsten 2,6 Millionen Jahren der Erdgeschichte, und allein in dieser Periode haben wir insgesamt 10 Magnetfeldumkehrungen gehabt." An Exkursionen, also den erfolglosen Umpolungsansätzen des Erdmagnetfelds, hat es sogar 20 gegeben. Das haben Singer und seine Kollegen für eine noch unveröffentlichte Studie gezählt.

"Das Bild der jüngsten Feldumkehr ist wesentlich komplizierter als wir bislang vermutet haben", fasst Singer den Bericht in "Science Advances" zusammen. Seine Kollegen und er haben dafür die Daten aus drei verschiedenen Geoarchiven zusammengestellt und in eine möglichst detaillierte Chronologie gebracht: Informationen über Änderungen im Magnetfeld sind in Lavaströmen, Singers Spezialgebiet, und in Meeressedimenten gespeichert, die Eiskappen der Antarktis bergen ergänzende Informationen. Singer hat in seinem Chronologielabor in Madison die Lavavorkommen, die in den fraglichen Zeiträumen entstanden, mit bislang ungeahnter Präzision und Auflösung analysiert. "Die Informationen aus den Lavaschichten und aus den Sedimenten passen ziemlich gut zusammen, das ist sehr beruhigend", so der Geowissenschaftler. Auch die Eisbohrkerne von der Antarktis zeigen Schwächen im Erdmagnetfeld genau zu den Zeiten, zu denen sie sich in Lavas und Sedimenten widerspiegeln.

Polwechsel dauert Jahrtausende

Eines allerdings hat sich in keinem der jetzt untersuchten Archive gefunden: Hinweise auf eine rasend schnelle Umpolung, wie sie vor drei Jahren von italienischen Forschern postuliert wurde. Diese hatten aufgrund von Sedimenten aus einem mittelitalienischen See behauptet, die jüngste Magnetfeldumpolung sei innerhalb weniger Jahrzehnte vor sich gegangen. "Diese Hypothese ist von den Paläomagnetikern mit extremer Skepsis aufgenommen worden", so Singer, "im Gegensatz zu diesen Ergebnissen haben wir nur Daten, die auf Zeiträume zwischen 2000 und 4000 Jahren hindeuten." Wenn die Magnetfeldumkehr also noch zuzeiten einer menschlichen Zivilisation kommt, würden sich die damit einhergehenden Turbulenzen lange hinziehen. Ungefähr so lange, wie Europas Zivilisation seit den Anfängen im mykenischen Griechenland bis heute brauchte.