Ein Beispiel für 3,7 Milliarden Jahre alte gebänderte Eisenformationen, die im nordöstlichen Teil des suprakrustalen Isua-Gürtels gefunden wurden. Bildnachweis: Claire Nicholls
Gemeinschaftsstudie von Universität Oxford Und Massachusetts Institute of Technology Die NASA hat eine 3,7 Milliarden Jahre alte Magnetfeldaufzeichnung aus Grönland veröffentlicht, die zeigt, dass das alte Magnetfeld der Erde genauso stark war wie heute, was für den Schutz des Lebens durch Abschirmung vor kosmischer und Sonnenstrahlung von entscheidender Bedeutung ist.
Eine neue Studie hat eine 3,7 Milliarden Jahre alte Aufzeichnung des Erdmagnetfelds wiederhergestellt und festgestellt, dass es dem Feld, das die Erde heute umgibt, bemerkenswert ähnlich sieht. Die Ergebnisse wurden heute (24. April) in der Zeitschrift veröffentlicht Zeitschrift für geophysikalische Forschung.
Ohne das Magnetfeld wäre Leben auf der Erde nicht möglich, da es uns vor schädlicher kosmischer Strahlung und geladenen Teilchen der Sonne („Sonnenwind“) schützt. Doch bis heute gibt es kein verlässliches Datum für die Entstehung des modernen Magnetfelds.
Entlang der Transekte wurden Proben entnommen, um den Unterschied zwischen vulkanischen Intrusionen, die 3,5 Milliarden Jahre alt sind, und den umliegenden Gesteinen zu vergleichen, von denen Forscher gezeigt haben, dass sie Aufzeichnungen über das 3,7 Milliarden Jahre alte Magnetfeld enthalten. Bildnachweis: Claire Nicholls
Untersuchung alter Gesteine
In der neuen Studie untersuchten die Forscher eine alte Abfolge eisenhaltiger Gesteine aus Isua, Grönland. Die Eisenpartikel fungieren praktisch als winzige Magnete, die die Stärke und Richtung des Magnetfelds registrieren können, während der Kristallisationsprozess sie an Ort und Stelle hält. Die Forscher fanden heraus, dass Gesteine aus der Zeit vor 3,7 Milliarden Jahren eine Magnetfeldstärke von mindestens 15 Mikrotesla hatten, verglichen mit dem modernen Magnetfeld (30 Mikrotesla).
Diese Ergebnisse liefern die älteste Schätzung der Stärke des Erdmagnetfelds, die aus ganzen Gesteinsproben abgeleitet wurde, was eine genauere und zuverlässigere Bewertung ermöglicht als frühere Studien, bei denen einzelne Kristalle verwendet wurden.
Die Co-Autorin der Studie, Athena Easter, steht vor einem großen Bereich der Banded Iron Formation, der eisenreichen Lagerstätte, aus der alte Magnetfeldsignale gewonnen wurden. Bildnachweis: Claire Nicholls
Erkenntnisse aus der Studie
Die leitende Forscherin Professorin Claire Nicholls (Department of Earth Sciences, University of Oxford) sagte: „Verlässliche Aufzeichnungen aus Gesteinen dieses Alters zu extrahieren, ist äußerst schwierig, und es war wirklich aufregend zu sehen, wie die ersten magnetischen Signale auftraten, als wir diese Proben analysierten.“ Das Labor.“ . Dies ist ein wirklich wichtiger Schritt vorwärts, da wir versuchen, die Rolle des alten Magnetfelds zu bestimmen, als das Leben zum ersten Mal auf der Erde erschien.
Während die Stärke des Magnetfelds offenbar relativ konstant geblieben ist, war der Sonnenwind in der Vergangenheit bekanntermaßen deutlich stärker. Dies deutet darauf hin, dass der Schutz der Erdoberfläche vor Sonnenwinden im Laufe der Zeit zunahm, was möglicherweise dazu geführt hat, dass sich das Leben auf die Kontinente verlagerte und den Schutz der Ozeane verließ.
Das Erdmagnetfeld entsteht durch das Mischen von geschmolzenem Eisen im äußeren Flüssigkeitskern, angetrieben durch Auftriebskräfte, während der innere Kern erstarrt und ein Dynamo entsteht. Während der frühen Entstehung der Erde hatte sich der feste innere Kern noch nicht gebildet, so dass die Frage offen blieb, wie das frühe Magnetfeld aufrechterhalten wurde. Diese neuen Erkenntnisse legen nahe, dass der Mechanismus, der den frühen Dynamo der Erde antreibt, ähnlich effizient war wie der Erstarrungsprozess, der heute das Erdmagnetfeld erzeugt.
Das Verständnis, wie sich die Stärke des Erdmagnetfelds im Laufe der Zeit ändert, ist auch wichtig, um zu bestimmen, wann sich der feste innere Kern der Erde zu bilden begann. Dies wird uns helfen zu verstehen, wie schnell Wärme aus dem tiefen Erdinneren entweicht, was für das Verständnis von Prozessen wie der Plattentektonik von entscheidender Bedeutung ist.
Geologische und meteorologische Auswirkungen
Eine der großen Herausforderungen bei der Rekonstruktion des bisherigen Erdmagnetfelds besteht darin, dass jedes Ereignis, das zur Erwärmung von Gesteinen führt, die erhaltenen Signale verändern kann. Gesteine in der Erdkruste haben oft eine lange und komplexe geologische Geschichte, die vergangene Magnetfeldinformationen auslöscht. Der suprakrustale Isua-Gürtel weist jedoch eine einzigartige Geologie auf, da er auf einer dicken kontinentalen Kruste liegt, die ihn vor weit verbreiteter tektonischer Aktivität und Verformung schützt. Dies hat es Forschern ermöglicht, eindeutige Beweise für die Existenz eines Magnetfelds vor 3,7 Milliarden Jahren zu erbringen.
Die Ergebnisse könnten auch neue Erkenntnisse über die Rolle unseres Magnetfelds bei der Gestaltung der Entwicklung der Erdatmosphäre, wie wir sie kennen, liefern, insbesondere im Hinblick auf den Austritt von Gasen aus der Atmosphäre. Ein derzeit ungeklärtes Phänomen ist der Verlust von nicht umgesetztem Xenongas aus unserer Atmosphäre vor über 2,5 Milliarden Jahren. Da Xenon relativ schwer ist, ist es unwahrscheinlich, dass es einfach aus unserer Atmosphäre herausgedriftet ist. Vor kurzem haben Wissenschaftler damit begonnen, die Möglichkeit zu untersuchen, geladene Xenonteilchen durch ein Magnetfeld aus der Atmosphäre zu entfernen.
In Zukunft hoffen Forscher, unser Wissen über das Erdmagnetfeld vor dem Auftreten von Sauerstoff in der Erdatmosphäre vor etwa 2,5 Milliarden Jahren zu erweitern, indem sie andere alte Gesteinssequenzen in Kanada, Australien und Südafrika untersuchen. Ein besseres Verständnis der alten Stärke und Variabilität des Erdmagnetfelds wird uns helfen zu bestimmen, ob planetarische Magnetfelder notwendig sind, um Leben auf der Planetenoberfläche zu beherbergen, und welche Rolle sie bei der Entwicklung der Atmosphäre spielen.
Referenz: „Wahrscheinliche eoarchäische Aufzeichnungen des geomagnetischen Feldes, das im suprakrustalen Isua-Gürtel im Südwesten Grönlands erhalten bleibt“ von Clare I. O. Nicholls, Benjamin B. Weiss, Athena Easter, Craig R. Martin, Adam C. Maloof, Nigel M. Kelly, Mike J. Zawaski, Stephen J. Mojzis, E. Bruce Watson und Daniele J. Czerniak, 24. April 2024, Zeitschrift für geophysikalische Forschung: Feste Erde.
doi: 10.1029/2023JB027706
