Heiße Flüssigkeit, die sich um den äußeren Kern der Erde dreht, treibt ein gigantisches Magnetfeld an, das unseren Planeten seit seiner Kindheit umarmt und ihn vor schädlicher Sonnenstrahlung schützt. Es ist jedoch bekannt, dass dieses Magnetfeld unruhig wird - und ein paar Mal alle Millionen Jahre oder so drehen sich die Pole, und der magnetische Süden wird zum magnetischen Norden und umgekehrt.
Eine neue Studie legt nahe, dass die Magnetpole viel häufiger kippen können, als Wissenschaftler dachten. Dies scheint vor etwa 500 Millionen Jahren während der kambrischen Zeit geschehen zu sein, als die Kreaturen der Erde evolutionären Wachstumsschüben ausgesetzt waren und sich in komplexere Lebensformen verwandelten.
Um die Funktionsweise des Magnetfelds während dieser Zeit zu verstehen, sammelten eine Gruppe von Forschern des Instituts für Physik des Globus von Paris und der Russischen Akademie der Wissenschaften Sedimentproben von einem Aufschluss im Nordosten Sibiriens.
Im Labor bestimmten sie die Orientierung der in den Sedimenten eingeschlossenen Magnetpartikel, indem sie sie langsam auf extreme Temperaturen erhitzten, um sie zu entmagnetisieren. Die Ausrichtung der Partikel entsprach der Magnetfeldrichtung (zum Beispiel in welche Richtung der magnetische Norden zeigte) zu dem Zeitpunkt und an dem Ort, an dem das Sediment abgelagert wurde. Die Forscher verfeinerten das Alter der Sedimente durch Datierung von Trilobitenfossilien, die in denselben Schichten gefunden wurden, und konnten so annähern, wann die Magnetfelder umgedreht wurden.
Das Team stellte fest, dass das Magnetfeld des Planeten vor etwa 500 Millionen Jahren etwa alle Millionen Jahre etwa 26 Mal umgedreht wurde - die höchste Frequenz, die jemals vorgeschlagen wurde. Das ist "extrem", wenn man bedenkt, dass bis vor kurzem fünf Flips pro Million Jahre als sehr hoch angesehen wurden, sagte der Hauptautor Yves Gallet, Forschungsdirektor des französischen Nationalen Zentrums für wissenschaftliche Forschung am Institut für Physik des Globus von Paris.
Aber vielleicht "genauso interessant" ist, dass kurz nach dieser Zeit, innerhalb weniger Millionen Jahre, die Häufigkeit des Umkippens extrem schnell abnahm, sagte Gallet. Vor 495 bis 500 Millionen Jahren begann das Magnetfeld etwa ein- bis zweimal pro Million Jahre mit einer Geschwindigkeit von ein bis zwei Mal zu kippen.
Die "vorherrschende Idee seit vielen Jahren" war, dass sich die Frequenz der Magnetfeldumkehrungen nur allmählich über zig Millionen Jahre entwickeln würde, sagte er. Aber "hier zeigen wir eine plötzliche Änderung der Umkehrfrequenz, die auf einer Zeitskala von einer Million Jahren auftritt."
Es ist klar, dass der Prozess, der vor 500 Millionen Jahren das Magnetfeld im äußeren Kern erzeugte, sich sehr von dem heute beobachteten unterschied, fügte er hinzu. Aber was genau das Erdmagnetfeld so häufig zum Umdrehen gebracht habe, sei unklar, sagte er. Eine Möglichkeit besteht darin, dass die häufigen Umkehrungen durch Änderungen der thermischen Bedingungen an der Grenze zwischen dem äußeren Kern aus flüssigem Eisen und dem Mantel verursacht worden sein könnten, die durch die Manteldynamik angetrieben werden, sagte er. Neuere Studien haben auch darauf hingewiesen, dass der innere Kern vor etwa 600 oder 700 Millionen Jahren begonnen hat, sich abzukühlen und zu verfestigen. Dieser Prozess hätte auch eine Rolle bei der Funktion des Magnetfelds spielen können, sagte er.
Die letzte Umkehrung des Magnetfelds fand vor etwa 780.000 Jahren statt, aber obwohl Bedenken bestehen, dass sie bald wieder auftreten könnte - was das Feld vorübergehend schwächen und schädliche Sonnenstrahlung erreichen könnte -, ist es in Bezug auf die menschlichen Jahre wahrscheinlich nicht "bald".
"Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Zeitskala, die wir für die Entwicklung der magnetischen Umkehrfrequenz in Betracht ziehen, mindestens einige Millionen Jahre beträgt", sagte Gallet. In diesem Maßstab könnten sich die Magnetfeldumkehrungen mehr oder weniger schnell entwickeln. Aber "eine Umkehrung der magnetischen Polarität ist nicht für morgen", fügte er hinzu.
Die Ergebnisse wurden online am 20. September in der Zeitschrift Earth and Planetary Science Letters veröffentlicht.
Anmerkung des Herausgebers: Dieser Artikel wurde am 11. Oktober um 9:50 Uhr aktualisiert, um zu verdeutlichen, dass die häufigen Umkehrungen eher durch Änderungen der thermischen Bedingungen an der Grenze zwischen dem Flüssig-Eisen-Kern und dem Mantel als durch die Flüssigkeit verursacht worden sein könnten -Eisenkern.
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