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Ursachen des Magnetismus

Die Ursachen für den irdischen Magnetismus – die Erde ist einer Art Stabmagnet vergleichbar, dessen Kraftlinien an den Polen austreten – lassen sich mit hoher Wahrscheinlichkeit auf das Fließverhalten der Schmelzen im äußeren Erdkern zurückführen: neueste Model Vorstellungen gehen von senkrecht rotierenden, schraubenförmigen Walzen dort aus, die gelegentlich in sich zusammensinken und dadurch eine Schwächung des Magnetfelds bewirken, dem dann im weiteren Verlauf später dessen Umpolung folgt. Dazu gibt es inzwischen sogar großmaßstäbliche Modellexperimente mit flüssigem Natrium, die auch die gegenwärtig zu beobachtende Abschwächung erklären können. Das Erdmagnetfeld wird nur so lange bestehen bleiben, wie die Wärme ausreicht, um den Erdkern flüssig zu halten. Der kleinere Mars, dessen Kern bereits fest geworden ist, hat sein Magnetfeld bereits verloren.

Umkehrung des Magnetfelds

Entwicklung der Plattentektonik

Für die Geologie ist vor allem die Tatsache von Bedeutung, dass sich das Magnetfeld der Erde zeitweise umgekehrt hatte. Das lässt sich daran erkennen, dass bestimmte Minerale sich in den Gesteinen entsprechend der jeweils herrschenden Richtung des Magnetfelds ausrichten, so lange sie darin noch beweglich sind. Bekannt ist das vor allem von Basaltschmelzen, in denen sich die aufgrund ihres hohen Schmelzpunkts früh ausgeschiedenen Magnetitkristalle einregeln: beim Abkühlen unterhalb der Curie-Temperatur von 580 °C bleibt so das zum Zeitpunkt der Schmelzförderung herrschende Erdmagnetfeld in den Gesteinen „eingefroren“. Ähnliches gilt für Sedimente, in denen geeignete Mineralphasen während der Ablagerung magnetisiert werden. Bei Meeresbodenmessungen um Island hat man beobachtet, dass die Basalte, die dort die Ozeankruste aufbauen, mit zunehmendem Abstand vom Mittelatlantischen Rücken in Streifen mit unterschiedlichen Richtungen magnetisiert sind, was bedeutet, dass sich das Magnetfeld der Erde offensichtlich mehrfach umgepolt hatte (Abb. 7). Physikalische Altersdatierungen dieser Gesteine haben gezeigt, dass die Umpolung in Abständen von Zehntausenden bis zu mehreren Millionen Jahren erfolgt war. Damit ließ sich eine Zeitskala aufstellen, mit der sich auch bestimmte geologische Phänomene besser verstehen ließen: nicht zuletzt hatte das damit bewiesene sea-floor-spreading wesentlich zur Entwicklung der Plattentektonik beigetragen. Das Streifenmuster weist jedoch keinen regelmäßigen Wechsel auf: so bestand während der Kreide eine über 40 Millionen Jahre anhaltende Zeit ohne Änderung, die als magnetic quiet zone bezeichnet wird.

Abb. 7: Das symmetrische Streifenmuster wechselnder Magnetisierungsrichtung von Basalten zu beiden Seiten eines mittelozeanischen Rückens, hier südwestlich von Island, wo es zuerst entdeckt wurde.

Deklination und Inklination

Gemessen werden Deklination (die Abweichung der magnetischen von der geographischen Nordrichtung) und Inklination (das Abtauchen der Feldlinien in die Erde, die am Äquator parallel zur Oberfläche verlaufen), sodass man die paläogeographischen Positionen von Platten, Mikroplatten bzw. Terranen feststellen kann. Die letzte Umkehrung liegt jetzt etwa 780.000 Jahre zurück, und das Magnetfeld wird zusehends schwächer, sodass eine baldige Umpolung bevorzustehen scheint. Zu den Segnungen des Erdmagnetfelds gehört neben seinem Orientierungsfaktor (Kompass, Vogelzug) auch, dass es uns vor ionisierenden Strahlen aus dem Weltraum schützt.