Wie sah das Magnetfeld der Erde vor hunderten Millionen Jahren aus? Das lässt sich aus Ablagerungen auf dem Grund von Gewässern ablesen. Diese richten sich aber nur magnetisch aus, wenn Mikroorganismen sie durchmischen.
„Es ist, als würde man in einem Buch blättern“, sagt Ramon Egli von der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) in Wien. „Sedimente lagern sich Schicht für Schicht ab, daraus lassen sich viele Informationen ablesen. Sie gleichen damit Archiven über die Erdgeschichte.“ Dabei spielen Mikroorganismen, die Sedimentschichten durchmischen, eine wichtige Rolle, fanden Wissenschaftler um Egli nun gemeinsam mit Geophysikern der Uni München heraus. Denn erst dann richten sich die Mineralien magnetisch aus, dadurch lassen sich Veränderungen des Erdmagnetfelds nachvollziehen. Die Forscher veröffentlichten ihre Erkenntnisse nun in der Fachzeitschrift „Nature Communications“.
Sedimente bilden sich aus fein zermalmtem Material, das mit dem Wind oder über Flüsse in die Gewässer kommt und absinkt. Darin sind auch magnetische Mineralien enthalten, etwa Magnetit: „Diese richten sich am Magnetfeld der Erde aus wie mikroskopische Kompassnadeln“, erklärt Egli. Der Physiker leitet die Abteilung für Magnetik und Gravimetrie der ZAMG.
Spezielle Bakterien erzeugen selbst magnetische Kristalle. Durch diese lässt sich die Erdgeschichte der vergangenen 200 Millionen Jahre kontinuierlich aufzeichnen. Dazwischen finden sich auch mikroskopisch kleine Reste von Lebewesen: Winzige Skelette von Mikroorganismen, die ebenfalls Rückschlüsse auf Änderungen von Klimabedingungen zulassen.
Proben, frisch aus dem Teich
Für ihre Untersuchungen simulierten die Forscher Sedimentablagerungen im Labor. Warum das nicht schon früher geklappt hat? „Man verwendete meist alte, schon gelagerte Sedimente. Wir haben für unsere Untersuchungen ganz frische Sedimente genommen“, sagt Egli. Und die kamen direkt aus einem Teich neben dem Labor der deutschen Projektpartner. „Wir wollten die Organismen möglichst wenig stören. Schon sie aus dem Teich zu entnehmen bedeutet, in die Sauerstoffkonzentration einzugreifen“, sagt der Forscher Egli. Viele Mikroorganismen überleben das nicht.
Die Forscher beobachteten schließlich im Experiment, wie sich die Sedimente setzen – mit Mikroorganismen und zum Vergleich ohne sie. Das Magnetfeld schufen sie künstlich mit Spulen. Das Ergebnis der dreijährigen Forschungsarbeit: Fehlen die Mikroorganismen, richten sich magnetische Mineralien nach der Ablagerung nicht mehr aus. Die Kleinstlebewesen helfen nämlich mit, Erdgeschichte zu schreiben, indem sie im Sediment nach Nährstoffen suchen. So durchmischen sich die Schichten, das Material wird leicht magnetisch.
Das neu gewonnene Wissen soll eine bessere zeitliche Einordnung von Sedimenten ermöglichen. Damit sollen sich auch das Magnetfeld und Veränderungen in der Vergangenheit genauer rekonstruieren lassen. Aktuell nimmt Ersteres ab, Schwankungen seien in der Erdgeschichte aber normal, so Egli. Auch eine ganze Feldumkehr habe es schon zigtausende Male gegeben. Dabei werden Nord- und Südpol „umgepolt“, zuletzt ist das vor 780.000 Jahren passiert. Für eine geologisch gesehen kurze Zeit von weniger als 1000 Jahren ist das Magnetfeld dann fast völlig ausgeschaltet.
Sind die Untersuchungen der österreichisch-deutschen Forschergruppe nun ausschließlich historisch? Einen Blick in die Zukunft erlaubten sie freilich noch nicht. Aber: „Wenn wir die Vergangenheit kennen, können wir künftig Prognosen verbessern“, sagt Egli.
In Zahlen
200 Millionen Jahre Erdgeschichte lassen sich mithilfe magnetischer Mineralien in den Sedimentschichten auf dem Grund von Seen und Meeren nachvollziehen.
1000 Jahre ist das Magnetfeld der Erde „ausgeschaltet“, wenn sich Nord- und Südpol ändern. Ein solches Ereignis, das sich an den Sedimenten ablesen lässt, gab es zuletzt vor 780.000 Jahren.
("Die Presse", Print-Ausgabe, 20.02.2016)