Wie ist die Erde dem Tod entkommen? Wissenschaftler haben neue Hinweise gefunden

Die Erde ist der einzige Himmelskörper im Universum, von dem die Menschheit weiß, dass er Leben beherbergt, und sie kann als eines der größten Wunder des Universums angesehen werden.

Doch vor Hunderten von Millionen Jahren erlebte die Erde eine potenziell verheerende Katastrophe – das Magnetfeld verschwand fast vollständig , nur klägliche 10 % blieben übrig.

Wissen Sie, einer der wichtigsten Gründe, warum es auf dem Mars kein Leben gibt, ist, dass das Magnetfeld des Mars „tatsächlich“ verschwunden ist und nicht vor den direkten Auswirkungen des Sonnenwinds geschützt werden kann.

Das Magnetfeld der Erde begann sich vor 550 Millionen Jahren auf mysteriöse Weise zu erholen, wodurch der Planet einem Schicksal wie dem des Mars entgehen konnte . Dies geht aus einer neuen Studie von Wissenschaftlern und Mitarbeitern der University of Rochester hervor.

Die zugehörige Forschungsarbeit mit dem Titel „Early Cambrian renewal of the geodynamo and the origin of inner core structure“ (Frühkambrische Erneuerung des Geodynamos und der Ursprung der inneren Kernstruktur) wurde in Nature Communications veröffentlicht.

Was verursacht das Zurückprallen des Magnetfelds?

Etwa 2.900 Kilometer unter unseren Füßen erzeugt wirbelndes flüssiges Eisen im äußeren Erdkern das schützende Magnetfeld unseres Planeten. Dieses Magnetfeld ist unsichtbar, aber für das Leben auf der Erdoberfläche lebenswichtig, da es den Planeten vor dem Sonnenwind, einer starken Strahlung der Sonne, schützt.

Vor etwa 565 Millionen Jahren sank das Magnetfeld jedoch auf 10 % seiner heutigen Stärke.

Glücklicherweise erholte sich das Magnetfeld auf mysteriöse Weise und gewann kurz vor der kambrischen Explosion des mehrzelligen Lebens auf der Erde seine Stärke zurück.
Dieser „Rückprall“ ereignete sich über einen Zeitraum von mehreren zehn Millionen Jahren – was in geologischen Zeiträumen sehr schnell ist – und fällt mit der Entstehung des festen inneren Erdkerns zusammen, was darauf schließen lässt, dass der innere Kern eine direkte Ursache gewesen sein könnte .

Abbildung｜Der innere Aufbau der Erde (Quelle: Wikipedia)

„Der innere Kern ist sehr wichtig“, sagte John Tarduno, Professor für Geophysik in der Abteilung für Erd- und Umweltwissenschaften und Dekan des College of Arts, Sciences and Engineering an der University of Rochester. „Kurz bevor der innere Kern zu wachsen beginnt, befindet sich das Magnetfeld in einem Zustand des Zusammenbruchs, aber sobald der innere Kern zu wachsen beginnt, regeneriert sich das Magnetfeld.“

Die Forscher ermittelten mehrere Schlüsseldaten in der Geschichte des Kerns, darunter eine genauere Schätzung seines Alters. Die Forschung liefert Hinweise zur Geschichte und zukünftigen Entwicklung der Erde, wie sie bewohnbar wurde und zur Entwicklung anderer Planeten im Sonnensystem.

Forscher der Universität Rochester haben mithilfe der Paläomagnetik diese beiden Schlüsseldaten in der Geschichte des Erdkerns ermittelt. Ihrer Ansicht nach wurde dadurch das Magnetfeld wiederhergestellt, das vor der Explosion des Lebens auf der Erde existierte.

Entschlüsselung von Botschaften in uralten Gesteinen

Die Erde ist der dritte Planet vom inneren zum äußeren Teil des Sonnensystems. Sein Hauptkörper besteht aus der Lithosphäre, dem Mantel, dem äußeren Kern aus geschmolzenem Metall und dem inneren Kern aus festem Metall. Der äußere Kern erzeugt ein geomagnetisches Feld.

Abbildung｜Sonnensystem (Quelle: Wikipedia)

Aufgrund der Beziehung des Magnetfelds zum Erdkern versuchen Wissenschaftler seit Jahrzehnten herauszufinden, wie sich das Magnetfeld und der Erdkern im Laufe der Erdgeschichte verändert haben. Aufgrund der Lage und der extremen Temperaturen des Materials im Kern konnten sie das Magnetfeld nicht direkt messen.

Glücklicherweise enthielten die Mineralien, die an die Erdoberfläche gelangten, winzige magnetische Körner, die die Richtung und Stärke des Magnetfelds festlegten, als die Mineralien aus ihrem geschmolzenen Zustand abkühlten.

Um das Alter und Wachstum des Kerns besser zu verstehen, verwendete das Team einen Kohlendioxidlaser und das supraleitende Quanteninterferenzgerät (SQUID) des Labors, um Feldspatkristalle im Gestein Anorthit zu analysieren. Diese Kristalle enthalten winzige Magnetnadeln und sind perfekte Magnetaufzeichnungsgeräte.

Durch die Untersuchung von in Kristallen eingeschlossenen Magnetfeldern, dem sogenannten Paläomagnetismus, ermittelten die Forscher zwei neue wichtige Daten in der Geschichte des Erdkerns:

1. Vor 550 Millionen Jahren : Vor 15 Millionen Jahren brach das Magnetfeld der Erde fast zusammen und begann sich schnell zu erneuern. Die Forscher führen die schnelle Erneuerung des Magnetfelds auf die Bildung eines festen inneren Kerns zurück, der den geschmolzenen äußeren Kern wieder auflädt und die Stärke des Magnetfelds wiederherstellt.

2. Vor 450 Millionen Jahren : Die Struktur des wachsenden inneren Kerns verändert sich und die Grenze zwischen dem innersten und äußersten inneren Kern bildet sich. Aufgrund der Plattentektonik an der Oberfläche treten diese Veränderungen im inneren Kern etwa gleichzeitig mit Veränderungen in der Struktur des darüber liegenden Mantels auf.

Abbildung | Es gibt keinen Kern; vor etwa 550 Millionen Jahren begann der innere Kern zu wachsen; Vor etwa 450 Millionen Jahren bildete sich die Grenze zwischen dem äußersten und dem innersten Kern.

„Da wir nun ein genaueres Alter des inneren Kerns kennen, können wir die Tatsache untersuchen, dass der heutige innere Kern tatsächlich aus zwei Teilen besteht.“ „Plattentektonische Bewegungen auf der Erdoberfläche wirken sich indirekt auf den Erdkern aus, und die Geschichte dieser Bewegungen ist tief in die Struktur des Kerns eingeprägt“, sagte Tarduno.

Ein Schicksal wie auf dem Mars vermeiden

Ein besseres Verständnis der Dynamik und des Wachstums des inneren Kerns und des Magnetfelds hat wichtige Auswirkungen , nicht nur für die Aufklärung der Vergangenheit der Erde und die Vorhersage ihrer Zukunft, sondern auch für die Aufklärung der Frage, wie andere Planeten möglicherweise Magnetfelder bilden und die für Leben notwendigen Bedingungen schaffen.

Forscher gehen davon aus, dass der Mars beispielsweise einst ein Magnetfeld hatte, das jedoch später verschwand, wodurch er anfällig für den Sonnenwind wurde und es auf seiner Oberfläche keine Ozeane mehr gab.

Obwohl unklar ist, ob die Abwesenheit eines Magnetfelds auf der Erde dasselbe Schicksal herbeiführen würde, sagten die Forscher: „Hätte sich das Magnetfeld der Erde nicht regeneriert, hätte die Erde sicherlich mehr Wasser verloren.“ „Die Erde wäre viel trockener gewesen als heute und ganz anders.“

Im Hinblick auf die Planetenentwicklung unterstreicht diese Studie die Bedeutung magnetischer Felder und der Mechanismen, die sie aufrechterhalten.

„Diese Studie unterstreicht deutlich die Notwendigkeit eines wachsenden Kerns, um ein Magnetfeld über die gesamte Lebensdauer eines Planeten, also Milliarden von Jahren, aufrechtzuerhalten“, sagte Tarduno.

Referenzlinks:

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31677-7