Störstelle im Erdmagnetfeld: Trigger für die nächste Umpolung (Video) -

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Möglicherweise liegt unter Südafrika ein entscheidender Störfaktor für das irdische Magnetfeld. Denn dort gibt es eine geologische Anomalie, die immer wieder für eine Abschwächung der magnetischen Feldstärken sorgt, wie Forscher herausfanden. Eine besonders heiße Gesteinsdecke über dem äußeren Erdkern stört in dieser Region die Strömungen im Kern und damit lokal den Geodynamo. Analysen von in Lehm eingebrannten Magnetspuren belegen, dass diese lokale Anomalie immer wieder für Magnetfeldschwächungen sorgt – und sogar globale Umpolungen auslösen könnte.

Das Magnetfeld der Erde ist weniger stabil als man denkt: Schon mehrfach in der Erdgeschichte hat sich seine Polung komplett umgekehrt. Bei einer solchen Umpolung verändert sich die Richtung der magnetischen Feldlinien – der magnetische Nordpol wird zum Südpol und umgekehrt. Bis der neue Endzustand erreicht ist, dauert es allerdings mehrere tausend Jahre. In dieser Umbruchsphase ist das irdische Magnetfeld zeitweilig sehr schwach und chaotisch, es können sich vorübergehend Regionen abweichender Polung und sogar zusätzliche Pole bilden. Die letzte große Polumkehr liegt knapp 800.000 Jahre zurück – und nach Ansicht einiger Forscher könnte sich die nächste Umpolung bereits anbahnen.

Denn Messungen zeigen, dass sich das Erdmagnetfeld abgeschwächt hat: Seine Feldstärke hat seit 1840 um rund 16 Prozent abgenommen. Auch die Achse des Dipolfelds hat sich in den letzten 200 Jahren deutlich verschoben. Ob dies allerdings bereits Vorboten eines solchen Ereignisses sind oder nur ein vorübergehendes Phänomen, ist strittig.

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Anomalie unter dem Südatlantik

John Tarduno von der University of Rochester und seine Kollegen haben nun eine Region genauer untersucht, in der sich die Abschwächung des Magnetfelds besonders bemerkbar macht: Unter Südafrika, dem Südatlantik und Südamerika liegt die sogenannte Südatlantische Anomalie. „Dieses Gebiet niedriger Feldintensität ist so ausgeprägt, dass die Strahlengürtel der Erde hier sehr nah herankommen können“, erklären die Forscher. Eine Tradition von eisenzeitlichen Kulturen in Südafrika hat ihnen nun die Chance eröffnet, die magnetische Entwicklung dieser Anomalie genauer zu untersuchen. Denn vor rund 800 Jahren war es in einigen Dörfern üblich, sämtliche Hütten und Getreidespeicher zur rituellen Reinigung abzubrennen. Dabei erreichte der brennende Lehmboden Temperaturen von mehr als 1.000 Grad Celsius – das war heiß genug, um die zuvor im Gestein gespeicherte Magnetisierung zu löschen und die aktuelle einzubrennen. Durch Analyse solcher Lehmreste, die zwischen 1013 bis 1585 gebrannt wurden, konnten die Forscher die Magnetfeldstärken dieses Gebiets rekonstruieren.

Wie sich zeigte, nahm die Intensität des Magnetfelds in diesem Gebiet Südafrikas zunächst nur langsam ab. Doch um 1250 beschleunigte sich dieser Trend um rund 30 Prozent. Parallel dazu veränderte sich zwischen 1225 und 1550 auch die Ausrichtung der Feldlinien um 0,11° bis 0,12° pro Jahr. „Zum Vergleich: Die Rate der Feldveränderung in diesem Gebiet von 1840 bis heute liegt bei nur 0,07° pro Jahr“, berichten Tarduno und seine Kollegen. Ihrer Ansicht nach deutet diese starke historische Schwankung darauf hin, dass die Südatlantische Anomalie schon früher Phasen der Abschwächung erlebt hat – und sogar sehr viel deutlicheren als heute. Möglicherweise, so mutmaßen die Forscher, ist diese Region einer der „Unruheherde“ im irdischen Magnetfeld und damit auch einer der Orte, an denen sich auch künftige Umpolungen ankündigen.

(Blaue Region mit anormal schwachem Magnetfeld. Grün: Gebiet mit der heißen, dichten Decke auf dem Erdkern)

Trigger für die nächste Umpolung?

„Man hat lange gedacht, dass diese Umpolungen an zufälligen Orten beginnen, aber unsere Studie deutet nun darauf hin, dass das möglicherweise nicht der Fall ist“, sagt Tarduno. Wie er und seine Kollegen berichten, könnte eine tief im Erdinneren verborgene Besonderheit das ungewöhnliche Magnetverhalten der Südatlantischen Anomalie erklären. „Der Erdkern unter dieser Region ist von ungewöhnlich heißem und dichten Mantelgestein überdeckt“, erklärt Tarduno. Dieses als Large Low Shear Velocity Province (LLSVP) bezeichnete Gebiet liegt wie eine Wärmedecke rund 3.000 Kilometer tief unter der Erdoberfläche und ist an der breitesten Stelle rund 6.000 Kilometer groß. Weil dieses Mantelgestein heißer ist als die Umgebung, beeinflusst es die Strömungen im flüssigen Eisen des darunterliegenden äußeren Erdkerns – dem entscheidenden Dynamo des Magnetfelds. Durch diese lokal gestörte Strömung ist der Dynamo an dieser Stelle nicht mehr so effektiv und das Magnetfeld wird hier geschwächt.

Nach Angaben der Forscher existiert diese Störstelle des Erddynamos wahrscheinlich schon seit Millionen von Jahren. Es sei daher durchaus möglich, dass diese Region immer wieder ein Auslöser für die Umpolungen des Magnetfelds war – und es auch heute noch ist. „Das könnte eintreten, wenn diese schwache Feldregion besonders groß wird“, sagt Tarduno.

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Ob allerdings die heute messbare Abschwächung bereits eine Umpolung ankündigt oder nur eine vorübergehende Schwankung, lasse sich auch mit den neuen Erkenntnissen nicht verlässlich bestimmen.

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