Älteste Hinweise auf das Magnetfeld der Erde gefunden: vor 3,7 Milliarden Jahren

Forscher untersuchten eine uralte Abfolge von eisenhaltigem Gestein aus Isua, Grönland. Die Aufzeichnungen zeigen eine bemerkenswerte Ähnlichkeit mit dem Feld, das den Planeten heute umgibt.

Magnetfeld Erde — Gesteinsprobe aus dem suprakrustalen Isua-Gürtel in Grönland, die 3,7 Milliarden Jahre alte Eisenbänder zeigt. Kredit: Claire Nichols.

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung der Universität Oxford und des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat eine Aufzeichnung des Erdmagnetfeldes von vor 3,7 Milliarden Jahren entdeckt, die älteste überhaupt.

Die größte Überraschung des Fundes ist, dass er dem Feld, das die Erde heute umgibt, bemerkenswert ähnlich ist.

Ohne ihr Magnetfeld wäre das Leben auf der Erde nicht möglich, denn es schützt uns vor der schädlichen kosmischen Strahlung und den geladenen Teilchen, die von der Sonne ausgesandt werden (dem "Sonnenwind"). Bislang gibt es jedoch kein verlässliches Datum, wann das moderne Magnetfeld erstmals aufgebaut wurde.

In der neuen Studie untersuchten die Forscher eine uralte Abfolge von eisenhaltigen Gesteinen aus Isua, Grönland. Die Eisenpartikel wirken wie kleine Magnete, die sowohl die Stärke als auch die Richtung des Magnetfeldes registrieren können, da sie durch den Kristallisationsprozess fixiert werden. Die Forscher fanden heraus, dass Gesteine, die 3,7 Milliarden Jahre alt sind, eine Magnetfeldstärke von mindestens 15 Mikrotesla aufwiesen, vergleichbar mit dem modernen Magnetfeld (30 Mikrotesla).

Diese Ergebnisse ermöglichten die älteste Schätzung der Stärke des Erdmagnetfeldes aus ganzen Gesteinsproben. In früheren Studien wurden Einkristalle verwendet, die eine weit weniger genaue und zuverlässige Bewertung ermöglichen.

Die leitende Forscherin Professor Claire Nichols (Department of Earth Sciences, University of Oxford) sagte in einer Erklärung: "Die Gewinnung zuverlässiger Aufzeichnungen aus so alten Gesteinen ist eine große Herausforderung, und es war wirklich aufregend zu sehen, wie die ersten magnetischen Signale auftauchten, als wir diese Proben im Labor analysierten. Dies ist ein wirklich wichtiger Schritt nach vorne, da wir versuchen, die Rolle des alten Magnetfeldes zu bestimmen, als das Leben auf der Erde entstand."

Die Verlagerung des Lebens auf die Kontinente

Obwohl die Stärke des Magnetfelds relativ konstant geblieben zu sein scheint, ist bekannt, dass der Sonnenwind in der Vergangenheit deutlich stärker war. Dies deutet darauf hin, dass der Schutz der Erdoberfläche vor dem Sonnenwind im Laufe der Zeit zugenommen hat, was möglicherweise dazu geführt hat, dass sich das Leben in Richtung der Kontinente bewegt und den Schutz der Ozeane verlassen hat.

Das Magnetfeld der Erde wird durch die Vermischung von geschmolzenem Eisen im flüssigen äußeren Kern erzeugt, das durch Auftriebskräfte angetrieben wird, während der innere Kern erstarrt, wodurch ein Dynamo entsteht.

Bei der frühen Entstehung der Erde hatte sich noch kein fester innerer Kern gebildet, so dass die Frage offen blieb, wie das frühe Magnetfeld aufrechterhalten wurde. Die neuen Ergebnisse lassen jedoch keine Zweifel aufkommen und legen nahe, dass der Mechanismus, der den frühen Dynamo der Erde antrieb, genauso effizient war wie der, der heute das Magnetfeld des Planeten erzeugt.

Zu verstehen, wie sich die Stärke des Erdmagnetfelds im Laufe der Zeit verändert hat, ist auch derSchlüssel zur Bestimmung des Zeitpunkts, zu dem sich der innere feste Erdkern zu bilden begann. Dies wird uns helfen zu verstehen, wie schnell Wärme aus dem tiefen Erdinneren entweicht, was für das Verständnis von Prozessen wie der Plattentektonik entscheidend ist.

Einzigartige geologische Bedingungen in Grönland

Eine der größten Schwierigkeiten, mit denen die Wissenschaftler bei der Rekonstruktion des frühen Magnetfelds konfrontiert sind, ist die Tatsache, dass alles, was das Gestein erwärmt, die darin erhaltenen magnetischen "Signaturen" verändern kann. Und die Gesteine, aus denen die Erdkruste besteht, haben oft eine lange und komplexe geologische Geschichte, die ältere magnetische Daten auslöschen oder verändern kann. Glücklicherweise weist der suprakrustale Isua-Gürtel in Grönland, der auf einer dicken kontinentalen Kruste liegt, die ihn vor tektonischen Aktivitäten schützt, einzigartige geologische Bedingungen auf, die es den Forschern ermöglichten, eindeutige Beweise für die Existenz des Magnetfelds vor 3,7 Milliarden Jahren zu rekonstruieren.

Der Mitautor der Studie, Professor Benjamin Weiss (Massachusetts Institute of Technology), sagte: "Nord-Isua hat die ältesten bekannten, gut erhaltenen Gesteine der Erde. Sie haben sich nicht nur seit vor 3,7 Milliarden Jahren nicht nennenswert erwärmt, sondern wurden auch vom grönländischen Eisschild abgeräumt."

Quellenhinweis:

Claire I. O. Nichols, et.al, Possible Eoarchean Records of the Geomagnetic Field Preserved in the Isua Supracrustal Belt, Southern West Greenland. Journal of Geophysical Research. doi.org/10.1029/2023JB027706