Alte Schiffslogbücher und Ziegelöfen verraten, wie sich das Magnetfeld unseres Planeten im Lauf der Jahrtausende verändert hat.
Die sorgfältigen Aufzeichnungen längst verstorbener Kapitäne sind nicht nur für Historiker, sondern auch für Geowissenschaftler eine reiche Fundgrube. Seit Mitte des 16. Jahrhunderts bestimmten Entdecker und Eroberer die Abweichung zwischen der magnetischen und der geografischen Nordrichtung, die so genannte magnetische Deklination. So konnten sie bei ihren Reisen auf allen sieben Weltmeeren mit Hilfe des Kompasses auch bei schlechtem Wetter den Weg finden.
Fast 200 000 dieser Richtungsmessungen, die Seefahrer wie James Cook in ihren Logbüchern vermerkten, erlaubten es nun einem Team um David Gubbins von der University of Leeds, die Stärke des Erdmagnetfelds zwischen 1590 und 1840 besonders genau zu rekonstruieren. Das überraschende Ergebnis: Während dieser zweieinhalb Jahrhunderte blieb das Feld fast konstant. Erst danach setzte die bis heute andauernde Abnahme ein.
Direkte Messungen der Feldstärke wurden erst 1837 möglich, als Carl Friedrich Gauß das Magnetometer erfand. Seitdem hat sich die Stärke des Magnetfelds um etwa fünf Prozent pro Jahrhundert vermindert.
Auch für Zeiten vor dieser Erfindung lässt sich rekonstruieren, wie stark das Feld war. So blieb in den Ziegeln alter Öfen die Richtung des Erdmagnetfelds erhalten, die herrschte, als die Öfen zum letzten Mal benutzt wurden. Auch in Ablagerungen am Boden von Seen und in erstarrter Lava ist die frühere Richtung des Erdmagnetfelds dokumentiert, da sich die Eisen-Atome während des flüssigen Zustands entlang der Erdmagnetfeldlinien anordneten. So wurde die frühere Richtung und Stärke des Felds „eingefroren”. Diese paläo- und archäomagnetischen Messungen deuten darauf hin, dass der Trend bei der Feldstärke schon seit etwa 2000 Jahren nach unten weist. Allerdings sind solche Artefakte zum Teil nur schwer zu datieren, und sie stammen meistens aus Europa und Asien, müssen also nicht repräsentativ für den ganzen Erdball sein. Daher war das Bild vom globalen Verhalten des Erdmagnetfelds bislang ungenau.
Gubbins und seine Kollegen kombinierten nun archäomagnetische Daten mit den Informationen aus den Schiffslogbüchern. „Es ist erstaunlich, wie genau die Messungen der Kapitäne waren”, sagt Jeremy Bloxham von der Harvard University, der zusammen mit Gubbins die Logbücher auswertete.
Die Ergebnisse des Forscherteams um Gubbins zeigen jetzt, dass der momentane Abwärtstrend womöglich nur eine vorübergehende Erscheinung ist und nicht unbedingt eine Feldumkehr einleitet, wie häufig spekuliert wird. Bei einem solchen Ereignis tauschen magnetischer Nord- und Südpol ihre Plätze, und das Feld verschwindet zeitweise ganz.
Verantwortlich für den derzeitigen Niedergang ist vor allem der so genannte Dipolanteil des Erdmagnetfelds. Das Feld verändert sich ständig, da es durch turbulente Strömungen aus flüssigem Eisen im Erdkern erzeugt wird. Physikalisch lässt es sich aber vereinfacht durch einen riesigen Stabmagneten im Erdinneren beschreiben, einen magnetischen Dipol. Die kleineren Dellen und Beulen, die das Erdmagnetfeld außerdem besitzt, werden durch komplizierte Formeln dargestellt. Die Aufmerksamkeit der Forscher gilt jedoch vor allem einer Größe: dem Dipol. Er ist nämlich wesentlich stärker als die anderen Komponenten – zumindest bislang. Würde sich allerdings der Trend fortsetzen, verschwände der Dipol in etwa 2000 Jahren ganz, was eine Feldumkehr einleiten könnte.
Den neuen Forschungsergebnissen zufolge ist das aber fraglich. Die Studie von Gubbins und seinen Kollegen zeigt, dass das Erdmagnetfeld nur in einer einzigen Region etwas unregelmäßiger geworden ist, und zwar im Südatlantik. Dort bildete sich um 1800 eine Delle, die sich in der folgenden Zeit immer stärker ausprägte. Eine solche Anomalie vermindert die Stärke des Dipols – allerdings könnte sie ebenso schnell wieder verschwinden, wie sie gekommen ist.
„Man kann die derzeitige Entwicklung nicht in die Zukunft extrapolieren”, bestätigt Monika Korte vom Geoforschungszentrum Potsdam. Auch ihre eigenen Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass das Erdmagnetfeld viel stärker schwankt als bisher angenommen. Korte und ihre Kollegin Catherine Constable von der Scripps Institution of Oceanography im kalifornischen La Jolla trugen in mühevoller Kleinarbeit sämtliche verfügbaren archäomagnetischen Daten zusammen. Daraus rekonstruierten sie die Stärke des Dipols während der letzten 7000 Jahre. Die Messungen sind zwar ungenauer als die Kompass-Methode, doch ermöglichen sie einen tieferen Blick in die Vergangenheit. Die Ergebnisse zeigen: Vor 6000 Jahren sank das Dipolmoment, das die Stärke des Dipol-Magneten im Erdinneren angibt, schon einmal auf zwei Drittel seines aktuellen Wertes, ohne dass es zu einer Feldumkehr kam. Zwischen 650 vor und 320 nach Christus war es dagegen 20 Prozent stärker als heute. Seitdem geht es, wie es ältere Daten bereits zeigten, meist abwärts – der Trend wird aber immer wieder unterbrochen. Eine Phase mit im Vergleich zu heute höherem Dipolmoment verzeichnen Korte und Constable zum Beispiel um 1600 herum, als in der christlichen Seefahrt die Deklinationsmessungen mit dem Kompass in Gebrauch kamen – und Gubbins Auswertung in der Folge ein fast konstantes Dipolmoment zeigt.
„Es ist faszinierend, wie gut sich die Schiffsmessungen, die archäomagnetischen Daten und die aktuellen Messungen ergänzen”, sagt Karl-Heinz Glassmeier von der Technischen Universität Braunschweig. Weitere Fleißarbeit hält der Geophysik-Professor trotzdem für unumgänglich: „Ähnlich wie in der Klimaforschung brauchen wir längere Messreihen, um das Verhalten des Erdmagnetfelds über größere Zeiträume verstehen zu können.” ■
Ute Kehse
COMMUNITY Lesen
Details zu den Forschungen:
David Gubbins u.a.
Fall in Earth’s Magnetic Field is Erratic
In: Science 2006, Vol. 312, S. 900
Monika Korte, Catherine Constable
The Geomagnetic dipole moment over the last 7000 years – new results from a global model
In: Earth and Planetary Science Letters 2005, Vol. 236, S. 348
