31. Aug. 2018
Blick in die Kammer der Höhle von Sanxing, Guizhou, aus der der Stalagmit stammt.

Blick in die Kammer der Höhle von Sanxing, Guizhou, aus der der Stalagmit stammt.

Ein Tropfstein aus dem Südwesten Chinas hat einen rapiden, aber zeitlich begrenzten Umschlag des Erdmagnetfeldes vor 98.000 Jahren aufgezeichnet. In den Abhandlungen der US-Akademie der Wissenschaftler berichtet ein chinesisch-australisches Team über ihren Fund.

Das Erdmagnetfeld ist offenbar zu radikalen Umschwüngen innerhalb von einigen Jahrzehnten fähig. In den Abhandlungen der US-Akademie der Wissenschaften berichten Wissenschaftler aus China und Australien von einer Umkehrung der Feldausrichtung innerhalb von höchsten 200 Jahren. "Das ist mehr als zehn Mal schneller als man bisher annahm", erklärte Hauptautor Chuan-Chou Shen von der taiwanischen Nationaluniversität in Taipeh gegenüber "Newsweek".

Messergebnisse von Shen et al..

Messergebnisse von Shen et al..

Bild: Nature/Chuan-Chou Shen
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Messergebnisse von Shen et al..

Bild: Nature/Chuan-Chou Shen

Bislang war man davon ausgegangen, dass der Polaritätswechsel mindestens viele Jahrhunderte, wenn nicht Jahrtausende beanspruchte. Hinweise auf wesentlich höhere Wechseltempi hatten sich nicht erhärten lassen. Die Umpolung war nicht von langer Dauer: Innerhalb von wenigen Jahrzehnten sprang laut Shens Daten das Magnetfeld wieder zurück in seine Normalausrichtung, allerdings setzte eine ausgedehnte Schwächephase ein, in der Ausrichtung und Stärke des Feldes heftig schwankten.

Das Forscherteam hatte einen Tropfstein aus einer Höhle bei Sanxing in der für ihre Höhlen berühmten südwestchinesischen Provinz Guizhou analysiert. Tropfsteine sind hervorragende Archive, weil sie aus regelmäßigen und deutlich erkennbaren Kalksteinschichten aufgebaut sind. Insbesondere die weiter im Höhleninneren gelegenen Exemplare können so die Umweltbedingungen speichern. Das von Shen und seinen Kollegen beprobte Exemplar wuchs in rund 800 Metern Entfernung vom Höhleneingang. Die Datierung mit Hilfe der Blei-Thorium-Zerfallsreihe ergab, dass der Tropfstein von vor 106.660 bis vor 91.230 Jahren gebildet wurde, zwischen den Jahren 100.810 und 98.770 klafft allerdings eine Lücke in der Überlieferung.

Datierung in Zehnjahres-Rhythmen

Der Tropfstein ließ sich in Intervallen von wenigen Jahrzehnten datieren und protokolliert offenbar eine besonders instabile Phase im jüngsten Zeitabschnitt des Erdmagnetfelds, dem Brunhes-Chron. Diese Abschnitte bezeichnen die Intervalle zwischen erfolgreichen Umpolungen des beherrschenden Dipol-Feldes. Der Brunhes-Chron begann mit der jüngsten Richtungsänderung des Feldes vor rund 773.000 Jahren und ist einer der längsten Abschnitte der Magnetfeldchronik. Doch auch wenn sich die Ausrichtung des Hauptfeldes seither nicht dauerhaft verändert hat, gibt es doch zahlreiche Schwächephasen mit Oszillationen und sogar mehr oder weniger ausgedehnten Exkursionen, regional und zeitlich begrenzten Umkehrungen der Feldpolarität.

In der Zeit von vor 106.000 bis vor 91.000 Jahren gab es gleich mehrere solcher Schwächephase, die einschneidendste begann vor 98.000 Jahren direkt mit der Lücke im Protokoll und dauerte bis vor etwa 96.000 Jahren. Den Auftakt macht die rapide Exkursion innerhalb von 150 bis 200 Jahren, die vor gut 98.000 Jahren stattfand, aber schon nach einigen Jahrhunderten wieder endete. Die magnetisierbaren Partikel in den Kalksteinschichten des Tropfsteins zeigen, dass der Nordpol des Hauptfeldes in dieser kurzen Zeitspanne von einem Punkt zwischen Alaska und Jakutien in den südlichen Südpazifik sprang. In der anschließenden Phase oszillierte das Erdmagnetfeld heftig, bevor es sich wieder stabilisierte. Hinweise auf eine solche Episode haben Geophysiker auch an anderen Stellen gefunden, so im Lac du Bouchet in Frankreich und auf Island.

Exkursion zeigt Risiko für moderne Zivilisation

Das Ereignis zeigt zum einen die Dynamik des Erdmagnetfeldes und zum anderen die Risiken, die für die moderne Zivilisation des Menschen auch aus vorübergehenden Schwankungen des Erdmagnetfeldes erwachsen können. "Bei einer Feldumkehr verringert sich die Stärke um bis zu 90 Prozent, was die Erde sehr viel stärker der solaren Strahlung aussetzt", betont Team-Mitglied Andrew Roberts von der Australischen Nationaluniversität in Canberra in einer Mitteilung der Universität.

Die Satelliten wären in einer solchen Phase stark durch den Sonnenwind gefährdet. Die von diesem im Planetenkörper ausgelösten geomagnetischen Stürme in der Erdkruste wiederum würden die Stromnetze beeinträchtigen, häufig vermutlich sogar zusammenbrechen lassen. "Hoffentlich läßt ein solches Ereignis noch lange auf sich warten, sodass wir Technologien entwickeln können, die solche Schäden vermeiden helfen", so Roberts. Allerdings verringert sich die Stärke des Erdmagnetfeld derzeit wieder. In den vergangenen 100 Jahren hat sie sich um fünf Prozent verringert, ist allerdings weiterhin auf einem ziemlich hohen Niveau. Von einer Schwächephase wie vor 98.000 Jahren ist die Erde derzeit noch weit entfernt, die Gefahr einer rapiden Abschwächung der Feldstärke daher wohl ebenfalls gering.