Magnetfeld der frühen Erde bleibt rätselhaft

Grenoble (Frankreich) - Vor rund 4,5 Milliarden entstand die Erde. Und uralte Mineralien belegen, dass unser Heimatplanet bereits vor vier Milliarden Jahren ein erstes, vor kosmischer Strahlung schützendes Magnetfeld ausbildete. Doch wie genau dieses Magnetfeld in der frühen Erdgeschichte entstand, ist bis heute nicht eindeutig geklärt. Nun bringt eine Gruppe aus französischen und amerikanischen Geoforschenden eine neue Dynamik in die laufende Diskussion. In der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ präsentieren sie die Ergebnisse einer aufwendigen 3D-Simulation für einen frühzeitlichen Geodynamo, die bisherigen Annahmen widersprechen.

Heute entsteht der Hauptanteil des Erdmagnetfelds durch die Dynamik des äußeren, flüssigen Erdkerns um einen festen inneren Erdkern. Die elektrische leitfähige Masse aus flüssigem Eisen und Nickel bleibt wegen der Erdrotation und Konvektionsströmen, bei denen stetig heißes Material aufsteigt, abkühlt und wieder absinkt, ständig in Bewegung. Doch dieser Aufbau entstand erst vor etwa 1,3 bis 1,5 Milliarden Jahren. Viel zu spät, um das frühe Erdmagnetfeld zu erklären.

Das Magnetfeld der jungen Erde entstand dagegen weiter oben, durch die Bewegung einer Schicht aus geschmolzenem Gestein am unteren Ende des Erdmantels in etwa 2900 Kilometern tiefe. Diesen so genannten basale Magmaozean betrachtete das Team um Nathanaël Schaeffer von der Université Grenoble Alpes nun genauer. Mit ihrem ausgeklügelten 3D-Modell simulierten sie die Bewegungen dieses eisenreichen Magmaozeans. Das Ergebnis: Tatsächlich ermöglichten die Bewegungen dieser Schicht den Aufbau eines Magnetfelds mit Nord- und Südpol. Allerdings erkannten die Geoforschenden auch, dass der Magmaozean elektrische Ströme um ein Fünffaches besser hätte leiten müssen als bisher angenommen.

Die Hypothese des basalen Magmaozeans als Grundlage für einen frühen Geodynamo wird mit den neuen Ergebnissen nicht widerlegt. Doch scheint die bisherige Erklärung unvollständig. Weitere Effekte müssen in Betracht bezogen werden. Dazu zählt beispielsweise eine dynamische Kopplung des Magmaozeans mit den tieferen Erdregionen, die später den Erdkern in seiner heutigen Form bildeten. Insgesamt erweitert diese Studie nicht nur Verständnis der Erdgeschichte. Auch für die Erklärung von Magnetfeldern auf anderen Planeten wie der Venus oder den zahlreichen bereits entdeckten Exoplaneten könnte sie neue Impulse liefern.