Schon die junge Erde hatte auch ohne Erdkern ein starkes Magnetfeld

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Künstlerische Darstellung des heutigen Erdmagnetfeldes (Illu.). Copyright: ESA/ATG Medialab

Künstlerische Darstellung des heutigen Erdmagnetfeldes (Illu.).
Copyright: ESA/ATG Medialab

Rochester (USA) – Das im Innern der Erde durch wirbelndes flüssiges Eisen erzeugte Magnetfeld schützt das Leben auf der Erdoberfläche vor dem schädlichem Sonnenwind und kosmischen Strahlen. Informationen darüber, wie sich dieses Magnetfeld im Laufe der Zeit verändert hat, kann Hinweise zum Verständnis der zukünftigen Entwicklung der Erde sowie der Entwicklung anderer Planeten im Sonnensystem liefern. Jetzt haben US-Wissenschaftler entdeckt, dass das Magnetfeld der jungen Erde deutlich stärker war als bisher angenommen – und das zu einer Zeit, als die Erde noch gar keinen festen Kern besaß. Die Entdeckung hat auch Konsequenzen für Leben auf anderen Planeten.

Wie die Forscher um John Tarduno von der University of Rochester aktuell im Fachjournal „PNAS“ (DOI: 10.1073/pnas.1916553117) berichten, ermöglicht die Entdeckung zudem Schlussfolgerungen über die Nachhaltigkeit des Erdmagnetschilds darüber, ob es im Sonnensystem noch andere Planeten gibt, die die Bedingungen für die Aufnahme von Leben bieten.

“Unsere Ergebnisse sagen etwas über die Entstehung eines bewohnbaren Planeten aus”, kommentiert Tarduno. “Eine der Fragen, die wir beantworten möchten, ist, warum sich die Erde so entwickelt hat.“

Hintergrund
Die heutige magnetische Abschirmung wird im äußeren Erdkern erzeugt. Die intensive Hitze im dichten inneren Kern der Erde bewirkt, dass der äußere Kern – der aus flüssigem Eisen besteht – verwirbelt und aufgewirbelt wird, elektrische Ströme erzeugt und so den sogenannten Geodynamo antreibt, der das Erdmagnetfeld erzeugt. Die Ströme im flüssigen Außenkern werden stark von der Wärme beeinflusst, die aus dem festen Innenkern austritt.

Aufgrund der Lage und der extremen Temperaturen von Materialien im Kern können Wissenschaftler das Magnetfeld nicht direkt messen. Allerdings enthalten Mineralien, die zur Erdoberfläche aufsteigen, winzige Magnetpartikel, die sich in Richtung und Intensität des Magnetfelds festsetzen, wenn sich die Mineralien aus ihrem geschmolzenen Zustand abkühlen.

Unter Verwendung neuer Daten zu Paläomagnetismus, Elektronenmikroskopie, Geochemie und Paläointensität datierten und analysierten die Forscher Zirkonkristalle – die ältesten bekannten terrestrischen Materialien -, die an Fundorten in Australien entdeckt wurden. Diese Zirkone, die ungefähr zwei Zehntel Millimeter groß sind, enthalten noch kleinere Magnetpartikel, die die Magnetisierung der Erde zum Zeitpunkt der Zirkonbildung abbilden.

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Frühere Forschungen von Tarduno und Kollegen hatten bereits gezeigt, dass das Magnetfeld der Erde mindestens 4,2 Milliarden Jahre alt ist und somit fast so lange existiert wie der Planet selbst (…GreWi berichtete). Andererseits ist der innere Kern der Erde vergleichsweise jung und hat hat sich erst vor etwa 565 Millionen Jahren gebildet, wie Untersuchungen von Tarduno und seinen Kollegen Anfang dieses Jahres gezeigt hatte.

Während die Forscher anfangs glaubten, das frühe Magnetfeld der Erde habe nur eine schwache Intensität gehabt, deuten die neuen Zirkondaten nun auf ein deutlich stärkeres Feld hin. Da sich der innere Kern zu dieser Zeit jedoch noch lange nicht gebildet hatte, muss das starke Feld, das sich ursprünglich vor 4 Milliarden Jahren entwickelt hatte, von einem anderen Mechanismus angetrieben worden sein.

“Wir glauben, dieser Mechanismus ist die chemische Ausfällung von Magnesiumoxid auf der Erde”, sagt Tarduno. Demnach wurde das Magnesiumoxid wahrscheinlich durch extreme Hitze im Zusammenhang mit dem riesigen Aufprall, der den Mond der Erde bildete, aufgelöst. Beim Abkühlen des Erdinneren könnte Magnesiumoxid ausfallen und die Konvektion und den Geodynamo antreiben. Die Forscher glauben, dass die innere Erde die Magnesiumoxidquelle schließlich so erschöpft hat, dass das Magnetfeld vor 565 Millionen Jahren fast vollständig zusammengebrochen ist.

Die Bildung des inneren Kerns bot jedoch eine neue Quelle für den Antrieb des Geodynamos und des heutigen planetarischen Magnetschilds der Erde.

“Dieses frühe Magnetfeld war äußerst wichtig, da es die Atmosphäre und die Wasserentfernung von der frühen Erde abschirmte, als die Sonnenwinde am intensivsten waren”, sagt Tarduno. “Der Mechanismus der Magnetfelderzeugung ist mit ziemlicher Sicherheit für andere Körper wie andere Planeten und Exoplaneten wichtig.”

Eine führende Theorie besagte zum Beispiel, dass der Mars wie die Erde zu Beginn seiner Geschichte ein Magnetfeld hatte. Auf dem Mars brach das Feld jedoch zusammen und im Gegensatz zur Erde erzeugte der Mars kein neues Feld.

“Sobald der Mars seine magnetische Abschirmung verlor, verlor er auch sein Wasser”, sagt Tarduno. “Aber wir wissen immer noch nicht, warum die magnetische Abschirmung zusammengebrochen ist. Die frühe magnetische Abschirmung ist wirklich wichtig, aber wir sind auch an der Nachhaltigkeit eines Magnetfelds interessiert. Diese Studie liefert uns mehr Daten, um die Anzahl der Prozesse herauszufinden die den magnetischen Schild auf der Erde aufrechterhalten. ”

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Quelle: University of Rochester

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