Alter des Erdkerns genauer bestimmt

Der innere Erdkern besteht aus eine festen Eisen-Nickel-Legierung und ist an der Erzeugung des Erdmagnetfeldes beteiligt. Eine neue Studie belegt nun, dass der feste Erdkern jünger sein könnte, als von den meisten Forschern bisher angenommen wurde. Das Alter des festen Erdkerns wurde bisher mit einer relativ großen Zeitspanne angegeben und sollte zwischen 2 Milliarden und 500 Millionen Jahre alt sein. Diese Alter lässt sich nun genauer eingrenzen.

Schalenbau der Erde. © https://phys.org

Besagte Studie wurde unter Leitung des Geophysikers John Tarduno von der Uni Rochester durchgeführt. Das Forscherteam untersuchte die Magnetisierung von Einschlüssen in silikatischen Plagioklas-Kristallen. Dabei wurde entdeckt, dass das Magnetfeld der Erde während des Erdzeitalters Neoproterozoikum (Epoche Ediacarium) deutlich schwächer war als heute. Zudem wechselte die Polarisierung des Magnetfeldes sehr häufig: es müssen sich kurzfristig viele Polsprünge ereignet haben. Die Forscher schließen daraus, dass das Erdmagnetfeld kurz vor dem Kollaps stand. Grund hierfür könnte eine Temperatur-Abnahme im Erdkern gewesen sein. Damit einhergehend kamen Konvektionsströme zum Erliegen, welche den Geodynamo der Erde antreiben.

Vor 565 Millionen Jahren begannen sich erste mehrzellige Lebewesen zu entwickeln. Ein dauerhaftes Totalversagen des magnetischen Schutzschildes der Erde, wäre für die sich entwickelnde Lebewelt fatal gewesen. Doch glücklicherweise erhielt der Geodynamo neue Energie, so dass sich das Magnetfeld wieder stabilisieren konnte. Als Quelle für diesen Energieschub kommt eigentlich nur ein Vorgang infrage: Kristallisationsenergie! Diese soll durch die Kristallisation des -bis dahin flüssigen- Erdkerns freigesetzt worden sein. Dieser Vorgang lieferte genug Wärmeenergie, um die Konvektionsströme in Bewegung zu halten, bzw. um diese neu anzutreiben.

Rätselhaft ist bis heute die genaue Zusammensetzung des äußeren Erdkerns, denn wenn er aus dem gleichen Material wie der innere Erdkern bestehen würde, müsste auch der äußere Erdkern fest sein: Druck und Temperaturbedingungen reichen für eine Verflüssigung der Eisen-Nickel-Legierung eigentlich nicht aus. Ging man früher davon aus, dass sich dort nur Eisen befindet, nimmt man heute an, dass sich Silizium und Sauerstoff mit dem Eisen-Nickel mischten. Silizium und Sauerstoff sind die Grundbausteine von Silikaten und damit Hauptbestandteil der meisten Gesteine im Erdmantel und der Erdkruste.

Die Gesteine, die bei der neuen Studie Verwendung fanden, stammten aus einem Pluton in Kanada. Diese magmatische Intrusion aus dem Saguenay County in Quebec, wird Sept-Îles-Intrusion genannt und war schon Gegenstand mehrere wissenschaftlicher Untersuchungen. Mit einem Alter von 565 Millionen Jahren ist es ungewöhnlich alt und öffnet Wissenschaftlern ein Fenster in das Erdaltertum.

Weiterführender Link bei Vnet: geologische ZeitskalaPolsprung

(Quelle: nature.com)

Polsprung kann schnell kommen

Schon lange befürchten Wissenschaftler, dass es zu einem Polsprung kommen könnte! Bei einem Polsprung kehrt sich die Polarität des Erdmagnetfeldes um. Der magnetische Nordpol würde dann am geografischen Südpol der Erde liegen, und andersherum. In einer Übergangszeit würde das Magnetfeld der Erde versagen. Die Erde wäre einem verstärkten Bombardement kosmischer Strahlung ausgesetzt, wobei besonders der Sonnenwind ein Problem darstellt. Die Lebewelt würde zwar noch durch die Atmosphäre geschützt werden, doch die Folgen für unser Stromnetz und besonders für Satelliten außerhalb der Atmosphäre wären unabsehbar. Letztere würden sehr wahrscheinlich stark beschädigt werden. Die Folgen wären für die moderne Gesellschaft katastrophal: Kommunikation und Navigation würden zum großen Teil ausfallen. Flugzeuge müssten am Boden bleiben, Schiffe bekämen Probleme. Der interkontinentale Fracht- und Personenverkehr käme zum erliegen. Die Börse würde kollabieren, eine Weltwirtschaftskrise drohen. Das Beunruhigende: es gibt bereits erste Anzeichen eines bevorstehenden Polsprungs. Es könnte also eine ernste Naturkatastrophe drohen!

Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass der Prozess des Polsprungs mehrere Jahrhunderte, bis Jahrtausende dauert. Nun kommt eine neue Studie zu einem erschütternden Ergebnis: Der Polsprung könnte sich in weniger als 100 Jahren vollziehen!

Forscher in einer chinesischen Tropfsteinhöhle. © PNAS via tagesschau.de

Zu dieser Erkenntnis gelangte ein chinesisches Forscherteam, welches Tropfsteine in der chinesischen Sanxing-Höhle untersuchte. Das Alter der Tropfsteine kann ziemlich genau bestimmt werden, ebenso ihre Wachstumsrate. Die Forscher um  Dr. Yu-Min Chou untersuchten die Magnetisierung von Stalagmiten und kamen zu dem Schluss, dass sich vor gut 98.000 Jahren eine sogenannte Exkursion ereignete. Bei diesem Phänomen kehrt sich das Magnetfeld nur kurzfristig um. Allerdings kollabiert auch bei einer Exkursion das Magnetfeld, welches uns vor kosmischer Strahlung schützt. Der gesamte Prozess soll damals 144 Jahre gedauert haben. Einer anderen Studie nach, könnte es vor 41.000 Jahren ebenfalls zu einer Exkursion gekommen sein.

In den letzten 175 Jahren hat sich das Magnetfeld bereits um 10% abgeschwächt. Jährlich verlagert sich der magnetische Nordpol um ca. 50 km und liegt heute bereits unter dem Packeis nördlich von Kanada. Die Polwanderung beschleunigte sich in den letzten Jahrzehnten deutlich. Wir befinden uns also sehr wahrscheinlich schon in einer Zeit der Polumkehrung. Niemand kann genau abschätzen, wie viel Zeit der Prozess noch benötigt, um ihn abzuschließen. Die neue Studie legt nahe, dass es sehr viel schneller gehen könnte, als bisher befürchtet.

Sehr wahrscheinlich wird durch einen Polsprung kein Massen-Aussterben verursacht. Allerdings könnten Tiere die sich am Magnetfeld orientieren Probleme bekommen: vor allem Vögel, aber auch Wale und Insekten könnten darunter leiden. Durch den verstärkten Strahlungssturm in der oberen Atmosphäre würde die Ozonschicht ausdünnen. In den Polregionen könnte mehr UV-Strahlung die Erde treffen. Die Gefahr von Hautkrebs-Erkrankungen würde steigen. Ob auch das Stromnetz kollabieren wird, oder ob elektrische Geräte zerstört werden würden ist unklar. Falls ja, wäre dieses Ereignis fatal für unsere modernen Zivilisation. Dass der Mensch einen Polsprung überleben kann, gilt ebenso als gesichert: Zur Zeit der Exkursion von vor 98.000 Jahren lebten bereits unsere direkten Vorfahren und auch der Neandertaler überlebte das Ereignis. Der letzte echte Polsprung fand vor 780.000 Jahren statt. Auch damals wanderten bereits Hominiden auf unserem Planeten. Im Schnitt kam es alle 280.000 Jahre zu einem Polsprung. Statistisch gesehen wäre einer überfällig. Sollte das Magnetfeld kollabieren, würde es auch keine Nordlichter mehr geben.

Weitere Links zum Thema:

Polsprung und Laschamp-Ereignis

Quelle: PNAS, DOI: 10.1073/pnas.1720404115, Studienteilnehmer: Dr. Yu-Min Chou (Southern University of Science and Technology), Professor Chuan-Chou Shen (National Taiwan University), Professor Andrew Roberts  (Australian National University)

Sonne: Polsprung des Magnetfeldes

Magnetfel der Sonne. © NASAWissenschaftler der NASA gaben jüngst bekannt, dass sie innerhalb der nächsten 4-5 Monate mit einem Polsprung des Magnetfeldes der Sonne rechnen. Bei einem Polsprung wechselt die Polarität des Magnetfeldes. Magnetischer Nordpol wird zum magnetischen Südpol und umgekehrt. Auf der Sonne geschieht das im Abstand von ca. 22 Jahren. Dieser magnetische Sonnenzyklus wird Hale-Zyklus genannt. Er setzt sich aus zwei 11 jährigen Zyklen zusammen, welche die Anzahl der Sonnenflecken beschreiben. Diese korrespondieren mit der Aktivität des Magnetfeldes und Anzahl und Stärke der Sonnenstürme. Eigentlich wurde ein Aktivitäts-Maximum bereits für Mai 2013 erwartet, allerdings fiel diese sehr schwach aus. Die Prognosen rechnen nun mit einem Maximum zum Jahresende, welches dann mit dem Polsprung zusammen fällt.

Sollte sich die Polarität des Magnetfeldes der Sonne in den nächsten Monaten ändern, wird dieses zunächst sehr schwach und löst sich auf, bevor es sich mit umgekehrter Polarität neu bildet. In dieser Übergangszeit kann es zu starken Sonnenstürmen kommen, die auch unsere Erde treffen könnten. Die Sonnenstürme können das Klima der Erde beeinflussen, und stellen eine ernste Gefahr für Raumfahrer und Satelliten dar. Es könnte zu Ausfällen der irdischen Kommunikation kommen. Selbst ein monatelanger Ausfall der Stromnetze ist keine reine Fiktion.

Abseits der Katastrophen-Szenarien wächst zum Jahresende die Chance auf das fantastische Naturschauspiel der Polarlichter. Polarlichter entstehen, wenn der Sonnenwind auf das Erdmagnetfeld trifft. Zusammen mit Komet Ison dürfte sich für Himmelsbeobachter eine Reise Richtung Norden lohnen, sofern der Komet nicht zerbricht, wie es jüngst von einem koreanischen Astronom prognostiziert wurde.

Das Erdmagnetfeld ändert im Schnitt alle 250.000 Jahre seine Polarität, wobei der letzte Polsprung ca. 780.000 Jahre her ist. Für den Fall eine Polsprunges auf der Erde existieren auch einige Schreckensszenarien: es könnte zum Ausfall des Stromnetzes kommen und zur Zerstörung sämtlicher elektrischer Geräte und Batterien, die sich in Betrieb befinden.

Siehe auch folgende Artikel:

Koronales Loch

Komet Ison