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Das Erdmagnetfeld spielt eine Schlüsselrolle dabei, unseren Planeten bewohnbar zu machen. Die Schutzblase über der Atmosphäre schützt den Planeten vor Sonneneinstrahlung, Wind, kosmischer Strahlung und starken Temperaturschwankungen.
Allerdings kollabierte das Erdmagnetfeld vor 591 Millionen Jahren beinahe und diese Veränderung könnte paradoxerweise eine zentrale Rolle bei der Blüte des komplexen Lebens gespielt haben, wie neue Forschungsergebnisse zeigen.
„Im Allgemeinen ist das Gelände schützend. Wenn wir zu Beginn der Erdgeschichte kein Feld gehabt hätten, hätte der Sonnenwind (ein Strom energiereicher Teilchen, der von der Sonne zur Erde fließt) Wasser vom Planeten angesaugt“, sagte John Tarduno, Professor für Geophysik an der Universität von Rochester in New York und Hauptautor der neuen Studie.
„Aber im Ediacara erlebten wir eine faszinierende Phase in der Entwicklung der tiefen Erde, in der die Prozesse, die das Magnetfeld erzeugten, nach Milliarden von Jahren so wirkungslos geworden waren, dass das Feld fast vollständig zusammenbrach.“
Die am 2. Mai in der Fachzeitschrift Communications Earth & Environment veröffentlichte Studie ergab, dass das Erdmagnetfeld, das durch die Bewegung von geschmolzenem Eisen im äußeren Erdkern entsteht, über einen Zeitraum von mindestens 26 Millionen Jahren deutlich schwächer als seine aktuelle Stärke war . Jahre. Die Entdeckung der anhaltenden Schwächung des Erdmagnetfelds trug auch zur Lösung eines noch immer bestehenden geologischen Rätsels über die Entstehung des festen inneren Kerns der Erde bei.
Dieser Zeitraum entspricht einem Zeitraum, der als Ediacara bekannt ist, als die allerersten komplexen Tiere auf dem Meeresboden auftauchten, als der Sauerstoffanteil in der Atmosphäre und im Ozean zunahm.
Diese seltsamen Tiere ähnelten kaum noch dem Leben von heute – schuppige Fächer, Röhren und Donuts sowie Scheiben wie Dickinsonia, die bis zu 1,4 Meter (4,6 Fuß) maßen, und die Kimberella, die einer Nacktschnecke ähnelte.
Vor dieser Zeit war das Leben größtenteils einzellig und mikroskopisch klein. Forscher glauben, dass ein schwaches Magnetfeld zu einem Anstieg des Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre geführt haben könnte, was die Entwicklung komplexen Lebens ermöglichte.
Entdecken Sie den Beinahe-Zusammenbruch des Magnetfelds
Es ist bekannt, dass die Stärke des Erdmagnetfelds im Laufe der Zeit schwankt, und im Gestein konservierte Kristalle enthalten winzige magnetische Partikel, die die Stärke des Erdmagnetfelds aufzeichnen.
Der erste Beweis dafür, dass sich das Erdmagnetfeld in diesem Zeitraum erheblich abgeschwächt hat, stammt aus einer Studie von 565 Millionen Jahre alten Gesteinen in Quebec im Jahr 2019, die darauf hinwies, dass das Feld damals zehnmal schwächer war als heute.
Die neueste Studie hat weitere geologische Beweise dafür gesammelt, dass das Magnetfeld erheblich geschwächt ist. Informationen in einem 591 Millionen Jahre alten Gestein von einem Standort im Süden Brasiliens deuten darauf hin, dass das Feld 30-mal schwächer war als heute.
Das schwache Magnetfeld war nicht immer so: Das Team untersuchte ähnliche Gesteine aus Südafrika, die mehr als 2 Milliarden Jahre alt sind, und stellte fest, dass das Erdmagnetfeld damals genauso stark war wie heute.
Anders als heute, erklärt Tarduno, sei der innerste Teil der Erde damals flüssig und nicht fest gewesen, was die Entstehung des Magnetfelds beeinflusst habe.
„Im Laufe der Milliarden von Jahren wird dieser Prozess immer weniger effizient“, sagte er.
„Und als wir Ediacara erreichen, ist das Land in den letzten Zügen. Er bricht fast zusammen. Aber zum Glück für uns wurde die Temperatur so kalt, dass der innere Kern zu erzeugen begann (was das Magnetfeld verstärkte).
Das Auftauchen des ersten komplexen Lebens, das zu dieser Zeit auf dem Meeresboden treiben könnte, ist mit einem Anstieg des Sauerstoffgehalts verbunden. Einige Tiere, etwa Schwämme und mikroskopisch kleine Tiere, können einen niedrigen Sauerstoffgehalt überleben, aber größere Tiere mit komplexeren und beweglicheren Körpern benötigen mehr Sauerstoff, sagte Tarduno.
Traditionell wird der Sauerstoffanstieg in diesem Zeitraum photosynthetischen Organismen wie Cyanobakterien zugeschrieben, die Sauerstoff produzierten und es ihm ermöglichten, sich im Laufe der Zeit stetig im Wasser anzusammeln, erklärte Shuhai Xiao, Co-Autor der Studie und Professor für Geobiologie an der Virginia Tech .
Die neue Forschung legt jedoch eine alternative oder ergänzende Hypothese nahe, die einen erhöhten Wasserstoffverlust in den Weltraum beinhaltet, wenn das Erdmagnetfeld schwach ist.
„Die Magnetosphäre schützt die Erde vor dem Sonnenwind und hält dadurch die Atmosphäre gegen die Erde. Eine schwächere Magnetosphäre bedeutet also, dass leichtere Gase wie Wasserstoff aus der Erdatmosphäre verloren gehen würden“, fügte Xiao per E-Mail hinzu.
Tarduno sagte, es könnten mehrere Prozesse gleichzeitig stattgefunden haben.
„Wir bestreiten nicht, dass einer oder mehrere dieser Prozesse gleichzeitig stattfanden. Aber das schwache Feld könnte es ermöglicht haben, dass die Sauerstoffanreicherung einen Schwellenwert überschreitet und so die Strahlung (Evolution) der Tiere begünstigt“, sagte Tarduno.
Peter Driscoll, Wissenschaftler am Earth and Planetary Laboratory der Carnegie Institution for Science in Washington, D.C., sagte, er stimme den Schlussfolgerungen der Studie über die Schwäche des Erdmagnetfelds zu, stimmte jedoch der Behauptung zu, dass das schwache Magnetfeld Auswirkungen auf die Atmosphäre gehabt haben könnte Sauerstoff und biologische Evolution waren schwer zu beurteilen. Er nahm nicht an der Studie teil.
„Es fällt mir schwer, den Wahrheitsgehalt dieser Aussage einzuschätzen, da der Einfluss, den die magnetischen Felder des Planeten auf das Klima haben könnten, nicht sehr gut verstanden ist“, sagte er per E-Mail.
Tarduno sagte, ihre Hypothese sei „stark“, aber der Nachweis der Kausalität könne Jahrzehnte schwieriger Arbeit erfordern, da über die Tiere, die zu dieser Zeit lebten, wenig bekannt sei.
Geheimnis des inneren Kerns
Geologische Analysen brachten auch aufschlussreiche Details über den innersten Teil des Erdmittelpunkts zu Tage.
Schätzungen darüber, wann sich der innere Kern des Planeten verfestigt haben könnte – als Eisen zum ersten Mal im Zentrum des Planeten kristallisierte –, lagen vor 500 Millionen bis 2,5 Milliarden Jahren.
Untersuchungen zur Stärke des Erdmagnetfelds legen nahe, dass das Alter des inneren Erdkerns am jüngeren Ende dieser Zeitskala liegt, da er sich vor 565 Millionen Jahren verfestigte und die magnetische Kraft des Schildes Erde daran hinderte, zurückzuprallen.
„Die Beobachtungen scheinen die Annahme zu stützen, dass der innere Kern kurz danach zum ersten Mal keimte und den Geodynamo (den Mechanismus, der das Magnetfeld erzeugt) von einem schwachen, instabilen Zustand in einen starken und stabilen Dipolzustand versetzte“, sagte Driscoll.
Tarduno sagte, dass die Wiederherstellung der Feldstärke nach dem Ediacara mit dem Wachstum des inneren Kerns wahrscheinlich wichtig sei, um ein Austrocknen der wasserreichen Erde zu verhindern.
Was die bizarren Tiere des Ediacara betrifft, so waren sie alle im folgenden Kambrium verschwunden, als die Vielfalt des Lebens explodierte und in relativ kurzer Zeit die Zweige des heute bekannten Lebensbaums entstanden.
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