Vor 41 000 Jahren brach der magnetische Schild der Erde zusammen. Was sagen die Geophysiker über dieses Ereignis?

Manchmal wackelt der Schild und lässt die kosmische Strahlung in die Atmosphäre eindringen, wodurch ein Partikelschauer entsteht, der laut Wissenschaftlern die Biosphäre zerstören kann. Das ist in der Geschichte unseres Planeten schon oft passiert, unter anderem vor 41 000 Jahren, beim so genannten Laschamps-Ereignis.

Kosmische Strahlen sind hochenergetische Teilchen, in der Regel Protonen oder Atomkerne, die sich mit hoher Geschwindigkeit durch den Weltraum bewegen. Im Allgemeinen werden sie durch den magnetischen Schutzschild der Erde in den Weltraum und von der Erde weg abgelenkt. Dieser Schild ist jedoch ein natürliches Phänomen, dessen Stärke und Ausrichtung schwankt. Wenn dies geschieht, treffen die kosmischen Strahlen auf die Erdatmosphäre.

Dadurch entsteht ein Schauer sekundärer Teilchen, die kosmogenen Radionuklide. Diese Isotope werden in Sedimente und Eiskerne und sogar in die Struktur von Lebewesen wie Bäumen eingebaut. Es gibt verschiedene Arten dieser Isotope, darunter Kalzium-41 und Kohlenstoff-14.

Einige der Isotope sind stabil, andere sind radioaktiv. Radioaktive Stoffe haben eine Halbwertszeit von nur 20 Minuten (Kohlenstoff 11) bis 15,7 Millionen Jahren (Xenon 129).

Wenn der Erdschild schwächer wird, erreichen mehr dieser Isotope die Erdoberfläche und sammeln sich in Sedimenten und Eis an. Durch die Untersuchung dieser Kerne und Sedimente können Wissenschaftler die Geschichte des magnetischen Schildes bestimmen.

Schwankungen des magnetischen Schildes der Erde

Beobachtungen dieses magnetischen Schildes zeigen, dass die Erde vor 41.000 Jahren eine geomagnetische Umkehrung erlebte. Exkursion oderLaschamps-Ereignis bezeichnet, nach den Lavaströmen von Laschamps in Frankreich, wo geomagnetische Anomalien dieses Ereignis aufzeigten.

Alle paar hunderttausend Jahre kehren sich die magnetischen Pole der Erde um. Aus Nord wird Süd und umgekehrt. Zwischen diesen großen Ereignissen gibt es kleinere, so genannte Exkursionen. Während der Exkursionen bewegen sich die Pole für einige Zeit, ohne ihren Platz zu wechseln.

Exkursionen schwächen den Schutzschild der Erde und können einige tausend bis zehntausend Jahre andauern. Wenn dies geschieht, erreichen mehr kosmische Strahlen die Atmosphäre und erzeugen mehr Radionuklide, die auf die Erde fallen.

Bei paläomagnetischen Untersuchungen konzentrieren sich die Wissenschaftler oft auf ein bestimmtes radioaktives Isotop. Beryllium 10 hat eine relativ lange Halbwertszeit von 1,36 Millionen Jahren und neigt dazu, sich an der Bodenoberfläche anzureichern.

Was sagen uns die Wissenschaftler über Laschamps' jüngsten Ausflug?

Sanja Panovska ist Forscherin am GFZ Potsdam und beschäftigt sich mit Geomagnetismus. Auf der jüngsten Generalversammlung der Europäischen Geowissenschaftlichen Union (EGU) 2024 stellte Panovska neue Studien über die Laschamps-Exkursion vor. Sie fand heraus, dass während der Laschamps-Exkursion die Be 10-Produktion doppelt so hoch war wie normal.

Um Laschamps' Exkursion besser zu verstehen, kombinierte Panovska kosmogene Radionuklide und paläomagnetische Daten, um das Erdmagnetfeld zu dieser Zeit zu rekonstruieren. Sie entdeckte auch, dass sich das Feld zusammenzog, als es an Stärke verlor.

Der Übergang vom normalen Feld zum umgekehrten Feld dauerte etwa 250 Jahre und blieb für etwa 440 Jahre umgekehrt. Während des Übergangs verringerte sich der Schutzschild der Erde auf nur 5 % seiner normalen Stärke. Als die Umkehrung abgeschlossen war, betrug sie nur noch etwa 25 % ihrer normalen Stärke. Durch diese Schwächung konnten mehr Be 10 und andere kosmogene Radionuklide die Erdoberfläche erreichen.

Diese Radionuklide reichern sich nicht nur in Sedimenten und Eis an: einige von ihnen sind radioaktiv. Die Schwächung des Schildes hat auch die Ozonschicht geschwächt, so dass mehr ultraviolette Strahlung die Erdoberfläche erreichen konnte. Die Höhenatmosphäre kühlte auch ab, was die Windströmungen veränderte. Dies könnte drastische Veränderungen an der Erdoberfläche verursacht haben.

Aus diesen Gründen wurde das Laschamps-Ereignis mit dem Aussterben der Neandertaler, dem Aussterben der australischen Megafauna und sogar dem Auftauchen von Felszeichnungen in Verbindung gebracht. Diese Zusammenhänge haben einer wissenschaftlichen Überprüfung nicht standgehalten, aber das bedeutet nicht, dass Ereignisse wie Laschamps nicht gefährlich sind. Wenn sie sich jetzt ereignen würden, würden sie die Stromnetze zerstören und die Äquatorialregion der Erde würde von Polarlichtern erhellt werden.

Die Wissenschaftler lernen, dass der magnetische Schild nicht statisch ist. Es gibt Anomalien. Eine davon ist die Südatlantische Anomalie, eine Region, in der das Magnetfeld in Erdnähe schwächer ist. Wenn Satelliten diese Region durchqueren, sind sie einer höheren ionisierenden Strahlung ausgesetzt.

Diese Anomalie wird wahrscheinlich durch eine Ablagerung von dichtem Gestein tief im Erdinneren verursacht und verdeutlicht die Komplexität des magnetischen Schildes. Wissenschaftler sind sich nicht sicher, wie sich die kosmische Strahlung auf das Leben auswirkt, wenn der magnetische Schutzschild schwach ist.

Es ist verlockend, das Aussterben von Arten mit Ereignissen wie der Laschamps-Exkursion in Verbindung zu bringen, wenn die Pole vorübergehend zusammenfallen. Aber die Pole haben sich viele Male verschoben, geschwächt und umgekehrt und das Leben ist immer noch da und gedeiht weiter.

…

Quellenhinweis:
Panovska S. Long-term changes of the geomagnetic field: recent progress, challenges and applications. EGU General Assembly 2024.