Außergewöhnlich lange Dauer von geomagnetischen Polaritätsumkehrungen im Eozän

Wenn sich die magnetische Abschirmung der Erde umkehrt

Das Magnetfeld der Erde wirkt wie ein unsichtbarer Schutzschild, der einen Großteil der hochenergetischen Strahlung vom Sonnenwind und aus dem Weltraum ablenkt. Von Zeit zu Zeit kippt dieser Schild, sodass Nord und Süd die Plätze tauschen. Jahrzehntelang gingen Wissenschaftler davon aus, dass solche Umkehrungen relativ schnell verlaufen und in etwa zehntausend Jahren oder weniger abgeschlossen sind. Diese Studie zeigt, dass einige urzeitliche Umkehrungen, vor rund 40 Millionen Jahren im Eozän, deutlich länger dauerten — Zehntausende bis über siebzigtausend Jahre — und wirft neue Fragen auf, wie der magnetische Motor unseres Planeten funktioniert und was solche lang anhaltenden Schwächungsphasen für das Leben an der Oberfläche bedeuten könnten.

Magnetische Geschichte aus dem Tiefseeboden ausgraben

Die Forschenden untersuchten tief im Nordatlantik vergrabenen Schlamm, der während einer Ozean-Expedition gebohrt worden war. Diese Tiefseensedimente schichteten sich langsam auf, Schicht für Schicht, mit einer Rate von etwa 2,4 Zentimetern pro tausend Jahre. Winzige Kristalle magnetischer Mineralien in jeder Schicht richteten sich beim Absinken nach der Richtung des Erdmagnetfelds aus und konservierten so ein Zeugnis des Feldverhaltens über die Zeit. Durch sorgfältige Messung von Veränderungen in Chemie und Helligkeit des Sediments erstellte das Team eine sehr genaue Zeitskala für das mittlere Eozän, grob zwischen 38 und 43 Millionen Jahren. Dadurch konnten sie subtile Verschiebungen im magnetischen Register mit präzisen Altern verknüpfen — etwas, das so weit zurück in der Erdgeschichte selten möglich ist.

Zwei Umkehrungen, die außergewöhnlich lange dauerten

Innerhalb dieses sorgfältig datierten Sedimentpakets identifizierten die Wissenschaftler zwei vollständige Übergänge der magnetischen Polarität — Zeiten, in denen sich das Feld von einem stabilen Zustand in den entgegengesetzten Zustand verschob. Jeder Übergang ist als lange Phase sichtbar, in der der scheinbare magnetische Pol von den geografischen Polen wegwandert und die Feldstärke abnimmt. Beim ersten Ereignis dauerte der Richtungswechsel selbst etwa 18.000 Jahre. Beim zweiten dehnte er sich über erstaunliche 70.000 Jahre aus. Während dieser Intervalle zeigen die Messungen, dass das Feld über Zehntausende von Jahren ungewöhnlich schwach blieb, anstatt sich schnell zu erholen. Diese Dauern sind deutlich länger als die rund 10.000 Jahre, die aus jüngeren, besser bekannten Umkehrungen abgeleitet werden, und zeigen, dass das magnetische Verhalten der Erde in weiter zurückliegenden Zeiten viel ausgedehnter und komplizierter gewesen sein kann.

Ein chaotischer Tanz der magnetischen Pole

Genauere Betrachtung zeigt, dass die längere eozäne Umkehr keine einfache Einbahnreise von einer Polarität zur anderen war. Stattdessen durchlief das Magnetfeld mehrere Phasen: eine "Vorläufer"-Phase, in der es zuerst begann, sich vom gewohnten Zustand zu entfernen, eine Haupterreignisphase und dann mehrere "Rückprall"-Episoden, in denen sich das Feld teilweise erholte und dann wieder zusammenbrach, bevor es sich endgültig einstellte. Dieses Muster ähnelt einem chaotischen Tanz der magnetischen Pole statt einem sauberen, einmaligen Überschreiten des Äquators. Solch komplexes Verhalten wurde bereits in Aufzeichnungen jüngerer Umkehrungen angedeutet, doch der eozäne Fall sticht durch die lange Dauer hervor, in der das Feld instabil, schwach und wandernd blieb.

Hypothesen testen mit virtuellen Erden im Computer

Um zu verstehen, ob diese ungewöhnlich langen Übergänge Ausnahmen oder Teil des normalen Verhaltens sind, verglich das Team seine Befunde mit Computermodellen des Erdkerns. Diese "Geodynamo"-Simulationen modellieren, wie sich der geschmolzene, metallreiche äußere Kern bewegt und ein Magnetfeld erzeugt. Bei langen Läufen produzieren die Modelle Hunderte von Polaritätsumkehrungen. Die Längen der simulierten Umkehrungen variieren stark und folgen einem schiefen Muster, bei dem die meisten kurz sind, einige aber sehr lang. Wenn die Modellzeiten mit vernünftigen Annahmen in Jahre umgerechnet werden, dauern die längsten simulierten Umkehrungen etwa 30.000 bis mehr als 100.000 Jahre — also genau im Bereich der langen eozänen Ereignisse. Diese Übereinstimmung deutet darauf hin, dass eine breite Streuung der Umkehrungsdauern eine eingebaute Eigenschaft des magnetischen Motors ist und kein Zufall der Gesteinsaufzeichnung.

Was lange schwache Felder für das Leben bedeuten könnten

Für Menschen an der Oberfläche ist die Feldstärke wichtiger als die exakte Position des magnetischen Nordens. Während der hier beschriebenen langen eozänen Umkehrungen schwächte sich der Schutzschild der Erde über Zehntausende von Jahren, sodass mehr hochenergetische Partikel von Sonne und Weltraum in die Atmosphäre eindringen konnten. Eine derart verlängerte Exposition könnte chemische Kreisläufe verändern, klima­relevante Prozesse beeinflussen oder Lebewesen stressen, ähnlich wie für noch ältere Episoden nahe dem Beginn komplexen tierischen Lebens vorgeschlagen wurde. Diese Studie zeigt, dass langsame, langgezogene magnetische Umkehrungen bereits stattgefunden haben und wieder auftreten könnten, was unser Verständnis vom unruhigen Inneren unseres Planeten und seinem Einfluss auf die Umwelt durch geologische Zeiträume vertieft.

Zitation: Yamamoto, Y., Boulila, S., Takahashi, F. et al. Extraordinarily long duration of Eocene geomagnetic polarity reversals. Commun Earth Environ 7, 180 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03205-8

Schlüsselwörter: geomagnetische Umkehrungen, Magnetfeld der Erde, Eozän-Geologie, Paläomagnetismus, Geodynamo-Simulationen