Solares Pflaster für kränkelndes Erdmagnetfeld

Was geschähe mit der Biosphäre, wenn das Erdmagnetfeld vollständig ausfiele? Nichts, sagen deutsche Astronomen nach einer Computersimulation, da die Erde vom Sonnenwind erste Hilfe bekäme

Was wäre wohl geschehen, wenn nur eine einzige zur Ausbildung dieses Universums und unseres Daseins unabdingbare Feinabstimmung um Nuancen anders ausgefallen, ein einziger Dominostein in der kosmischen, geologischen und biologischen Evolutionskette anders oder überhaupt nicht gefallen wäre? Wie sähe unsere Welt wohl aus, wenn die ereignisreiche Kettenreaktion, die vom Urknall zum Menschen führte, eine andere Richtung eingeschlagen hätte?

Eine dieser Feinabstimmungen, die Astronomen immer wieder gerne anführen, um zu verdeutlichen, wie viele Zufälle dereinst vonnöten gewesen waren, damit auf unserer Heimatwelt im Zuge der Evolution überhaupt eine Biosphäre aufkommen konnte, ist die Existenz des Erdmagnetfelds. Ohne dieses hätte infolge des solaren und kosmischen Strahlenbeschusses biologisches Leben auf unserem Planeten nicht Fuß fassen können, lautete deren bisheriges Standardargument.

Doch wie deutsche Astronomen jüngst via Computer simulierten, hätte der Wegfall des Erdmagnetfeldes die Entwicklung der Biosphäre keineswegs nachhaltig beeinflusst. Dafür hätte kurioserweise ausgerechnet die Sonne, die ja selbst "todbringende" Strahlung emittiert, gesorgt - mit einem Ersatz-Schutzschirm.

Das dipolare Erdmagnetfeld liegt ungefähr parallel zur Rotationsachse der Erde und generiert sich durch elektrische Ströme im Innern des Erdkerns, genauer gesagt durch die Wärme, die im flüssigen äußeren Eisenkern der Erde in rund 3000 Kilometer Tiefe gespeichert ist. Infolge des einsetzenden vom Erdkern in den Gesteinsmantel reichenden Wärmeflusses setzt sich das flüssige Eisen in Bewegung. Aber erst unter dem Einfluss der Erdrotation kommt es zum Dynamo-Effekt, der dann das Erdmagnetfeld erzeugt.

Zwar messen Geophysiker die Feldstärke des Geodynamos erst seit 150 Jahren kontinuierlich. Inzwischen wissen diese aber, dass besagte Feldstärke seither um 10 Prozent abgenommen hat, und dass der magnetische Nord- und Südpol in den letzten 400 Millionen Jahren einige hundert mal umgekehrt wurde, im Schnitt alle 250.000 Jahre. Derlei Polaritätswechsel haben in Urzeiten sogar zu dramatischen Zusammenbrüchen des Magnetfeldes geführt. Mehrfach musste die Erde bis zu 20.000 Jahre ohne einen magnetischen Dynamo auskommen.

"Während der letzten 200 Jahre wanderte der magnetisierte Südpol mehr als 1100 Kilometer. Die Geschwindigkeit, mit der die jetzige Polumkehr erfolgt, ist die höchste seit der letzten totalen Feldumkehr vor 730.000 Jahren", schreibt Prof. Harald Lesch vom Institut für Astronomie und Astrophysik der Ludwig-Maximilians-Universität München in einem Artikel, der in der Fachzeitschrift Astronomy&Astrophysics in der übernächsten Ausgabe erscheinen wird. Zusammen mit Guido T. Birk und Christian Konz führte dieser kürzlich eine hochkomplexe nichtlineare Computersimulation durch, bei der die Berechnungen primär auf einer Frage basierten: Was geschähe, wenn das ohnehin schwindende Erdmagnetfeld als Folge der Polumkehr total zusammen bräche?

Von dem Ergebnis ihres Experiments war das Trio selbst überrascht. Nicht zu Unrecht, denn die Modellrechnungen ergaben, dass die Biosphäre der Erde von einem potenziellen starken Abfall der Feldstärke des Erdmagnetfeldes oder gar einem kompletten Ausfall völlig unberührt bliebe. Denn bevor die kosmischen Partikel ihre todbringende Wirkung überhaupt entfalten könnten, spränge für den „alten" ein neuer Schutzschild in die Bresche, wobei das induzierte neue Feld genau so stark wie das Original-Erdmagnetfeld wäre. "Wir waren sehr überrascht über die Effektivität dieses neuen Feldes", so Harald Lesch gegenüber der WELT. "Unsere Simulationen zeigten, dass in der oberen Atmosphäre in wenigen Stunden eine magnetische Schutzschicht erzeugt wird, die ungefähr genauso stark wie das heutige magnetische Dipolfeld wirkt".

Der Grund hierfür liegt in der Relativbewegung des vollständig ionisierten Sonnenwinds und der teilweise ionisierten oberen Erdatmosphäre. Die negativ und positiv geladenen Teilchen des Sonnenwinds stoßen nämlich unterschiedlich häufig mit den neutralen Molekülen der Erdatmosphäre zusammen. Dadurch entsteht eine Relativbewegung zwischen den die elektrische Ladung tragenden Teilchen, mit anderen Worten ein elektrischer Strom.

Wie sich im Computerexperiment zeigte, entsteht in der Ionosphäre automatisch ein Ersatzmagnetfeld, wenn der voll magnetisierte Sonnenwind mit 400 Kilometern pro Sekunde auf die neutrale, also nicht-magnetisierte Erdatmosphäre trifft. "Die Feldstärke, die sich ungefähr 350 Kilometer über dem Erdboden ergibt, ist absolut identisch mit der Feldstärke, die der magnetische Dipol der Erde in dieser Höhe erzeugt", erklärt Lesch. Bei einem Ausfall des irdischen Magnetfeldes würde die Atmosphäre auf der sonnenzugewandte Seite der Erde bereits binnen 15 Minuten wieder ausreichend magnetisiert sein, nach einigen Stunden sogar komplett. Schwach sei das Magnetfeld dagegen lediglich auf der sonnenabgewandten Seite, betonen die Forscher.

Übrigens macht bereits ein Nachbarplanet von dem solaren Pflaster schon seit geraumer Zeit Gebrauch. Bei dem kränkelnden planetaren Patienten, dem die Sonne erste Hilfe leistet, handelt es sich um die "Nummer zwei" im Solarsystem. "Schauen sie sich die Venus an. Sie hat kein eigenes Magnetfeld. Und trotzdem entdeckten Astronomen auf ihrer sonnenzugewandten Seite ein Magnetfeld", verdeutlicht Lesch. "Eben genau aus dem Grund, den wir jetzt simuliert haben. Denn hier prallt der Sonnenwind auf eine neutrale Atmosphäre."