Ohne Magnetfeld hätte sich auf der Erde kein Leben entwickeln können. Es schirmt den Planeten nicht nur vor gefährlicher kosmischer Strahlung ab, sondern verhindert auch, dass Solarwinde sämtliche Wasservorräte der Erde verdampfen lassen. Forscher interessiert daher, wann das Erdmagnetfeld entstand und wie. Geologen und Physiker um John A. Tarduno von der University of Rochester machen sich nun für ein Szenario stark, dem zufolge die Erde bereits vor ungefähr 4,2 Milliarden Jahren einen Magnetschirm hatte. Im Wissenschaftsjournal »PNAS« erklären die Forscher, dass sie anhand von Einschlüssen in Zirkonen, einem sehr robusten Silikatmineral aus Australien, bestimmen konnten, wann das Magnetfeld entstand. Zu jener Zeit muss es aber anders erzeugt worden sein als heute. Der jetzige Geodynamo existiere nämlich erst seit 565 Millionen Jahren.

Der bislang älteste Nachweis für ein Magnetfeld stammt aus Dazitgestein in Südafrika. Geologen datierten die magnetischen Spuren in Proben auf ein Alter von zirka 3,4 Milliarden Jahren. Tarduno und seinen Kollegen gelang es nun, das Alter magnetischer Einschlüsse in Zirkonen aus Jack Hills in Westaustralien mit Hilfe der Uran-Blei-Datierung zeitlich genauer einzugrenzen. Zudem haben sie deren magnetische Intensität und Ausrichtung in den Kristallen gemessen. Als diese entstanden, hatten sie auch die zu jener Zeit herrschende Magnetsignatur eingefangen. Das Ergebnis: Vor 4,2 Milliarden Jahren existierte bereits ein Erdmagnetfeld. Diese Neudatierung rücke die Entstehung um 750 Millionen Jahren weiter in die Vergangenheit, ins Hadaikum, das erste Äon der Erdgeschichte, so die Forscher. Ihrer Theorie zufolge entstand der Erdschutzschild »nur einige hundert Millionen Jahre nach dem großen Einschlag, der den Mond geformt hat«, schreiben die Forscher in ihrer Studie.

Der alte und der neue Geodynamo

Laut der Analyse erreichte das Magnetfeld bald darauf, vor rund vier Milliarden Jahren, eine stattliche Stärke. Tarduno und sein Team sind dabei davon überzeugt, dass es nicht auf dieselbe Art und Weise erzeugt worden sein kann wie unser heutiges Magnetfeld. Dieses hat seinen Ursprung im äußeren Erdkern, der flüssig und stark eisenhaltig ist. Er umgibt den inneren, festen Erdkern, der extrem heiß ist und auf den äußeren Kern einwirkt. Aus dieser Konstellation wird das Magnetfeld erzeugt – der Prozess wird auch Geodynamo genannt.

Dieser Mechanismus könne allerdings erst seit 565 Millionen Jahren bestehen, meinen Tarduno und seine Kollegen. In einer früheren Forschungsarbeit haben sie beschrieben, dass der innere Erdkern nicht älter als eine halbe Milliarde Jahre sei. Aber wovon wurde dann der erste Schutzschild der Erde angetrieben? »Wir gehen davon aus, dass der Mechanismus aus einem chemischen Niederschlag aus Magnesiumoxid im Erdinneren bestand«, sagt Geowissenschaftler Tarduno. Der Stoff habe sich durch die extreme Hitzeeinwirkung verflüssigt, die ihren Ursprung im Einschlag eines Asteroiden hatte – demselben, aus dem auch der Mond hervorgegangen sei. Als sich das Magnesiumoxid wieder abkühlte, entstand dabei ein Magnetfeld. So lange, bis das Magnesiumoxid im Erdinneren aufgebraucht war. Zu diesem Zeitpunkt hatte sich aber der Erdkern gebildet und setzte mit seinem Geodynamo einen neuen Magnetschirm in Gang, der bis heute existiert.