Lexikon der Geowissenschaften: Feldumkehr
Feldumkehr, eine durch paläomagnetische Untersuchungen nachgewiesene vollständige Umpolung des Erdmagnetfeldes (magnetische Feldumkehr). Über den Mechanismus einer Feldumkehr herrscht noch Unklarheit. Es ist jedoch wenig wahrscheinlich, daß das Feld während dieser Zeit als Dipolfeld ungeschmälert erhalten bleibt und sich nur die Dipolachse um 180° dreht. Unwahrscheinlich ist auch, daß der Dipolanteil bei einer Feldumkehr ganz verschwindet und nur noch die Felder der höheren Momente (Quadrupolfeld, Oktopolfeld usw.) dominieren. Das Feld nimmt während einer Feldumkehr auf etwa 20% der Ausgangsintensität ab und erholt sich anschließend wieder auf den ursprünglichen Wert. Daraus und aus den beobachteten Feldrichtungen während einer Feldumkehr wird geschlossen, daß noch ein Dipolanteil neben den Feldanteilen der höheren Momente erhalten bleibt.
Häufig wird bei Feldumkehrungen der letzten etwa fünf Millionen Jahre beobachtet, daß die mit Hilfe der Formel für einen Dipol berechneten virtuellen geomagnetischen Pole (VGP) längs zweier sich um etwa 180° unterscheidender Pfade von einem Pol zum anderen wandern. Ein Pfad verläuft über Nord- und Südamerika, ein zweiter über Ostasien. Für eine Feldumkehr wird eine mittlere Dauer von etwa 5000 Jahren angenommen, es werden aber auch wesentlich kürzere Zeiten ( 1000 Jahre) diskutiert. Die Zahl der Feldumkehrungen pro 106 Jahre war in der Erdgeschichte nicht konstant. In den letzten etwa 80 Mio. Jahre ( Abb. 2 ) hat die Häufigkeit von Feldumkehrungen stetig von 0-5 pro 1 Mio. Jahre zugenommen. Ähnlich häufige Feldumkehrungen gab es auch im Zeitintervall von vor 260-120 Mio. Jahre ( Abb. 3 ). In der mittleren Kreide (120-80 Mio. Jahre) dominierte normale (d.h. die heutige) Polarität, im oberen Paläozoikum (310-260 Mio. Jahre) jedoch inverse Polarität. Dieser Zeitabschnitt wird auch als Kiaman-Intervall bezeichnet. Die Gründe für so lang andauernde Zeiten gleicher Polarität des Erdmagnetfeldes sind nicht bekannt. Für die Zeit vor etwa 350 Mio. Jahre ist das Umkehrverhalten des Erdmagnetfeldes für weitere Analysen noch nicht ausreichend gut erforscht. Die Zeiten normaler oder inverser Polaritäten oder auch gleicher Struktur des Erdmagnetfeldes (typische Häufigkeiten von Feldumkehrungen) sind unterschiedlich lang und zur Charakterisierung ihrer Dauer hat sich eine besondere Nomenklatur eingebürgert, die auch bei der Magnetostratigraphie verwendet wird. Ein Zeitintervall zwischen 1-10 Mio. Jahre mit vorwiegend einer einzigen Polarität wird als Chron bezeichnet. Die jüngsten der vier Chrons ( Abb. 1 ) wurden nach den Namen berühmter Geomagnetiker benannt (Brunhes-Chron, Matuyama-Chron, Gauß-Chron, Gilbert-Chron). Die älteren Chrons werden mit der Zahl fünf beginnend durchnummeriert. Sie werden von kürzer dauernden Feldumkehrungen (Event) unterbrochen, die je nach Länge Subchron (0,1-1 Mio. Jahre) oder Mikrochron ( 0,1 Mio. Jahre) genannt werden. Viele besitzen den Namen des locus typicus, wie zum Beispiel das in Südafrika gefundene Olduvai Subchron normaler Polarität (1,77-1,95 Mio. Jahre v.h.) zu Beginn des inversen Matuyama-Chrons. Eine noch kürzer dauernde Feldumkehrung mit einer Dauer von wesentlich weniger als 0,1 Mio. Jahre ist wird als Cryptochron bezeichnet. Sie werden teilweise noch umstritten und sind eventuell zu den Exkursionen zu zählen. Längere Zeiten vergleichbarer Feldstruktur mit einer Länge von 10-100 Mio. Jahre heißen Superchron (z.B. Kiaman-Intervall im oberen Paläozoikum) oder Megachron bei einer Länge von 100-1000 Mio. Jahre. [HCS]
Feldumkehr 1: Feldumkehrungen der letzten sechs Mio. Jahre mit dem Brunhes-Chron (0-0,78 Mio. Jahre), dem Matuyama-Chron (0,78-2,58 Mio. Jahre), dem Gauß-Chron (2,58-3,58 Mio. Jahre) und dem Gilbert Chron (3,58-5,89 Mio. Jahre) sowie den nach den Typlokalitäten benannten Mikrochrons (Events) kurzer Dauer (normale Polarität = schwarz, inverse Polarität = weiß). Feldumkehr 1:
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Feldumkehr 2: Feldumkehrungen der letzten etwa 90 Mio. Jahre. Sehr kurze Feldumkehrungen (Cryptochrons, Mikrochrons) sind nicht dargestellt. Untereinheiten (Anomalien) sind mit Zahlen gekennzeichnet (normale Polarität = schwarz, inverse Polarität = weiß). Feldumkehr 2:
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Feldumkehr 3: Zahl der Feldumkehrungen pro eine Million Jahre in den letzten 250 Mio. Jahre.
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