Forscher verblüfft: Erdmagnetfeld und Sauerstoff hängen zusammen

Eine unsichtbare Kraft aus dem Erdinneren könnte weit mehr zur Entwicklung des Lebens beigetragen haben als bislang ange­nom­men: das Erdmagnetfeld. Eine neue Studie zeigt erstmals einen Zusammenhang mit dem Sauerstoffgehalt der Atmosphäre.

Erdmagnetfeld tanzt mit Sauerstoffgehalt: NASA-Studie

Verantwortlich für das Magnetfeld ist der sogenannte Geodynamo: Strömungen im flüssigen äußeren Erdkern erzeugen elektrische Ströme, die wiederum ein Dipol-Magnetfeld aufbauen - ähnlich dem eines Stabmagneten. Dieses Feld schützt die Erde vor energiereichen Teilchen aus dem All, etwa durch Sonnenwinde und koronale Massenauswürfe. Doch laut der Analyse von NASA und University of Leeds könnte das Magnetfeld nicht nur abschirmend wirken, sondern auch langfristig mit der Sauerstoffentwicklung auf der Erde verknüpft sein.

Die Forschenden verglichen dafür erstmals zwei unabhängige Datensätze: den Virtual Geomagnetic Axial Dipole Moment (VGADM), ein Maß für die globale Magnetfeldstärke, sowie geologische Hinweise auf den früheren Sauerstoffgehalt, etwa verkohlte Pflanzenreste in Sedimenten oder Anzeichen sauerstoffarmer Meere. Die Arbeit wurde unter der Leitung von Weijia Kuang vom NASA Goddard Space Flight Center, in Zusammenarbeit mit der University of Leeds durchgeführt.


Die Auswertung zeigt: Vor etwa 330 bis 220 Millionen Jahren stiegen sowohl das Magnetfeld der Erde als auch der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre auf besonders hohe Werte. Selbst wenn man langsame Grundtrends aus den Daten herausrechnet, bleibt ein klarer Zusammenhang bestehen. Die beiden Größen schwanken über Jahrmillionen hinweg fast im Gleichklang - mit höchstens rund einer Million Jahre Unterschied. Auf geologischen Zeitskalen gilt das als gleichzeitig.

Dabei ist laut den Autoren der Studie nicht davon auszugehen, dass das Magnetfeld in erster Linie vor Sauerstoffverlust schützt. Die typischen Fluchtraten von O⁺-Ionen ins All - selbst ohne Magnetfeld - sind im Vergleich zu den atmosphärischen Austauschprozessen zu gering, um eine relevante Rolle bei der O₂-Bilanz zu spielen. "Nicht die Abschirmung selbst, sondern Prozesse tief im Erdinneren könnten beide Phänomene steuern", heißt es sinngemäß im Paper. Der Zerfall Pangaeas (USGS) Eine mögliche Erklärung für den Zusammenhang: Beide Entwicklungen - das stärkere Magnetfeld und der höhere Sauerstoffgehalt - könnten auf denselben geologischen Ursprung zurückgehen. Wenn sich Superkontinente wie Pangaea formen oder aufbrechen, verändert sich nicht nur das Klima, sondern auch die chemische Verwitterung an der Oberfläche. Dabei werden bestimmte chemische Stoffe freigesetzt, die Sauerstoff binden oder verbrauchen können - etwa durch die Entstehung neuer Minerale. Je nachdem, wie intensiv diese Prozesse ablaufen, bleibt mehr oder weniger Sauerstoff in der Atmosphäre zurück.

Gemeinsame Ursache

Gleichzeitig beeinflussen die riesigen Landmassen auch den Wärmefluss tief im Inneren der Erde. Das hat Auswirkungen auf die Strömungen im flüssigen Erdkern, die das Erdmagnetfeld erzeugen. So könnten beide Prozesse, also Magnetfeld und Sauerstoff, einer gemeinsamen Ursache folgen, ohne direkt voneinander abhängig zu sein.

Die vollständige Analyse wurde in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht. Dort zeigen umfangreiche Monte-Carlo-Simulationen - also statistische Testreihen mit tausenden Zufallsdurchläufen -, dass die beobachtete Korrelation mit 99,9 % Wahrscheinlichkeit nicht zufällig ist.

Die Erkenntnis ist vor allem deshalb fachlich bedeutend, weil aktuelle Modelle zur Erdgeschichte das Magnetfeld bislang kaum berücksichtigen. Künftig könnte es als dynamischer Faktor in langfristige Klimamodelle, Biogeochemie und der Suche nach lebensfreundlichen Bedingungen einfließen - auch im Hinblick auf andere Planeten.


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