Magnetfeld: Doch keine Umpolung?

Falscher Alarm? Offenbar steht der Erde doch keine magnetische Umpolung bevor – trotz messbarer Abschwächung des Erdmagnetfelds. Denn vor einigen zehntausend Jahren gab es schon einmal zwei Phasen, in denen das Magnetfeld ganz ähnliche Schwächezonen aufwies, wie Forscher herausgefunden haben. Damals jedoch erholte sich der „Magnet Erde“ wieder. Die Phasen einer tatsächlichen Polumkehr kündigten sich dagegen mit einem ganz anderen Schwächemuster an, so die Wissenschaftler.

Das Magnetfeld der Erde ist ein überlebenswichtiger Schutzschild für das Leben auf unserem Planeten. Doch die Feldstärke dieses Schutzschilds nimmt kontinuierlich ab – um rund fünf Prozent pro Jahrhundert, wie Messreihen seit 1840 nahelegen. Zudem hat sich die Achse des Dipolfeldes bereits deutlich verschoben und über dem Südatlantik ist eine ausgedehnte Schwächezone des Magnetfelds entstanden.

Droht eine Polumkehr?

Kündigen diese Trends eine bevorstehende Umpolung des Erdmagnetfelds an? Die Antwort war bisher strittig. Dagegen spricht, dass das Magnetfeld trotz Schwächezone und Abnahme der Feldstärken heute stärker ist als in weiten Teilen der jüngeren Erdgeschichte. Zudem hat es in der Erdgeschichte immer wieder Schwankungen des Magnetfelds gegeben, die nicht zu einer Polumkehr führten.

Für eine bevorstehende Polumkehr spricht dagegen, dass diese typischerweise durch eine Abschwächung des Magnetfelds und durch lokale Ausfälle und Umpolungen des Felds eingeleitet werden – und die jetzigen Trends könnten nach Ansicht einiger Forscher eine Vorstufe dafür sein. Zudem fand der letzte Polwechsel bereits vor rund 780.000 Jahren statt und wäre demnach eigentlich überfällig.

Schwächungsmuster passt nicht

Mehr Klarheit gibt nun ein Rückblick in die Erdgeschichte. Maxwell Brown von der Universität Island und seine Kollegen haben dafür paläomagnetische Messdaten aus Sedimentbohrkernen und Vulkangestein aus verschiedenen Regionen der Erde analysiert. Magnetische Minerale in diesen Gesteinen speichern die Stärke und Ausrichtung des lokalen Magnetfelds zu ihrer Entstehungszeit und erlauben so dessen Rekonstruktion.

Feldintensitäten des Erdmagnetfelds, heute, während der beiden reversiblen Schwächephasen und vor der kurzzeitigen Umpolung vor 41.000 Jahren. © Brown et al. / PNAS

Das Ergebnis: Vor 41.000 und vor 34.000 Jahren gab es tatsächlich zwei vorübergehende, jeweils einige Jahrhunderte anhaltende Umpolungen. Doch diese sogenannten magnetischen Exkursionen zeigen ein völlig anderes Muster von Vorzeichen, wie die Forscher berichten. Die Schwächezonen waren anders verteilt und der Dipol des Magnetfelds hatte stellenweise seine Dominanz verloren.

Erholung statt Umpolung

„Keine dieser Phasen hatte Ähnlichkeit mit den aktuellen Veränderungen im Erdmagnetfeld „, sagt Koautor Richard Holme von der University of Liverpool. „Es ist daher sehr unwahrscheinlich, dass heute eine solche Exkursion bevorsteht. Unsere Forschung spricht eher dafür, dass sich das aktuell geschwächte Magnetfeld wieder erholen wird und es keine Umpolung geben wird.“

Ein weiteres Indiz dafür: Vor 46.000 und 49.000 Jahren erlebte das Erdmagnetfeld schon einmal Schwächephasen, die der heutigen sehr ähnelten. Auch damals bildetet sich eine Anomalie ähnlich der aktuellen Schwächezone über dem Südatlantik, wie die Forscher berichten. Doch in beiden Fällen nahm die Feldstärke in diesen Schwächezonen nach einiger Zeit wieder zu und die Anomalien verschwanden, ohne dass es zu einer Polumkehr kam. „Das spricht dafür, dass sich das aktuell geschwächte Feld ebenfalls ohne ein solches Extremereignis wieder erholen wird“, so Brown und seine Kollegen.

Dennoch nicht ohne Folgen

Allerdings: Bevor es zu dieser Erholung kommt, könnte sich die Anomalie über dem Südatlantik zunächst weiter verstärken. „Unsere Ergebnisse bedeute nicht, dass die gegenwärtige Abnahme des Magnetfelds nicht noch weiter geht“, betonen die Forscher. Vor allem in der Schwächezone könnten die Feldstärken noch auf unbestimmte Zeit weiter abnehmen.

„Das hätte erhebliche Konsequenzen“, erklären Brown und seine Kollegen. „Denn schon die jetzige Schwächezone hat zu vermehrten Ausfällen der Elektronik auf Satelliten niedrigen Erdorbit geführt – und solche Probleme könnten in Zukunft dann noch häufiger auftreten.“ Auch Passagiere auf Langstreckenflügen sind in dieser Region erhöhten Strahlungsdosen ausgesetzt. (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018; 10.1073/pnas.1722110115)

(Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, University of Liverpool, 02.05.2018 – NPO)