Schweizer Forschende erzielen Durchbruch bei der Erforschung des Erdmagnetfelds

Eine schier unglaubliche Milliarde Jahre. So weit haben Schweizer Forschende den Zeitpunkt zurückdatiert, an dem der magnetische Schutzschild der Erde entstand, und damit die geologischen Geschichtsbücher praktisch neu geschrieben. Forschende der ETH Zürich, die ihren Ruf als führende technische Hochschule Kontinentaleuropas weiter festigt, haben bisherige Annahmen darüber widerlegt, wann die Schutzbarriere unseres Planeten erstmals entstand. Die in der renommierten Fachzeitschrift Nature veröffentlichte bahnbrechende Entdeckung zeigt, dass die Erde viel früher vor tödlicher kosmischer Strahlung geschützt war, als bisherige Modelle vermuten liessen.

Gemeinsam mit einem Team aus China haben die Schweizer Forschenden unwiderlegbare Belege dafür vorgelegt, dass das Magnetfeld lange vor der Kristallisation des Erdkerns aktiv und stabil war. Dabei handelt es sich nicht bloss um eine Korrektur eines Datums, sondern um einen grundlegenden Wandel unseres Verständnisses der planetaren Entwicklung. Frühere Theorien gingen davon aus, dass die Verfestigung des Kerns das Magnetfeld erzeugte. Die neuen Daten zeigen hingegen, dass die geschmolzene, chaotische junge Erde bereits den Schutzschild erzeugte, der für die Entstehung von Leben nötig ist. Die Folgen sind weitreichend: Die Bedingungen für Bewohnbarkeit auf der Erde und möglicherweise auch auf anderen Planeten können im Lebenszyklus eines Himmelskörpers viel früher entstehen als bisher angenommen.

Diese Entdeckung wurde nicht mit Spitzhacken ans Licht gebracht, sondern in den Siliziumschaltkreisen des Supercomputers Piz Daint erarbeitet. Der in Lugano in der Südschweiz stationierte Rechner stellte die enorme Rechenleistung bereit, die nötig war, um die höllischen Bedingungen im Erdinneren zu simulieren. Das Team führte komplexe Simulationen durch, die in früheren Studien nicht möglich gewesen waren, und modellierte die Dynamik des Erdkerns mit beispielloser Genauigkeit.

«Bislang war niemand in der Lage, solche Berechnungen unter derart korrekten physikalischen Bedingungen durchzuführen», sagt Yufeng Lin, Erstautor der Studie. Für die Simulationen mussten riesige Datenmengen verarbeitet werden, um die Viskosität und die thermischen Vorgänge in einem vollständig flüssigen Kern nachzubilden. Während andere Modelle scheiterten oder auf Vereinfachungen beruhten, nutzte das von der Schweiz geleitete Team die fortschrittlichen Möglichkeiten von Piz Daint, um zu zeigen, dass ein flüssiger Kern ohne feste Kristalle ein leistungsfähiges magnetisches Dynamo erzeugen kann. Dieser technologische Erfolg unterstreicht die wichtige Rolle der Schweiz in der globalen Wissenschaft und zeigt, dass der Weg zum Verständnis der fernen Vergangenheit direkt durch moderne Schweizer Infrastruktur führt.

Die Wissenschaft ging lange davon aus, dass die Kristallisation des inneren Kerns der Motor des Erdmagnetfelds sei. Die Erkenntnisse der ETH Zürich widerlegen diese Lehrmeinung. Die Studie zeigt, dass die Viskosität im Erdkern nicht der entscheidende Faktor ist, für den man sie bisher hielt. Stattdessen kann ein wirbelnder, vollständig flüssiger Kern den Geodynamo-Effekt aufrechterhalten. Diese Erkenntnis löst ein seit Langem bestehendes Paradoxon hinsichtlich der Wärmeenergie, die nötig ist, um das Magnetfeld über Milliarden von Jahren aufrechtzuerhalten.

Mit dem Nachweis, dass das Magnetfeld älter ist als der feste Kern, haben die Forschenden ein neues Paradigma für die Planetenphysik eröffnet. Das Modell bildet die Dynamik des Erdinneren unter realistischen physikalischen Bedingungen nach und schlägt eine Brücke zwischen theoretischer Physik und geologischen Beobachtungen. So zeigt sich die Wissenschaft von ihrer stärksten Seite: Sie stellt etablierte Annahmen mit soliden Daten infrage und zeichnet ein klareres, wenn auch komplexeres Bild von der frühen Erde. Der Durchbruch deutet darauf hin, dass die Mechanismen, die den planetaren Magnetismus antreiben, robuster und vielseitiger sind als die fragilen Prozesse, die man sich bisher vorgestellt hatte.

Ohne diesen magnetischen Schutzschild würden kosmische Strahlen das Leben, wie wir es kennen, auslöschen. Die Ursprünge des Magnetfelds zu verstehen, ist nicht bloss eine akademische Übung, sondern entscheidend, um die Kräfte zu begreifen, die unsere Existenz ermöglichen. Die Folgen dieses Schweizer Durchbruchs reichen weit über unsere eigene Atmosphäre hinaus. Laut der ETH Zürich bieten die Erkenntnisse eine wichtige Grundlage für die Analyse anderer Himmelskörper und ermöglichen es Forschenden, neue Schlüsse über die Magnetfelder der Sonne und des Jupiter zu ziehen.

Darüber hinaus kommt die Forschung zu einem entscheidenden Zeitpunkt. Wir beobachten derzeit eine rasche, ungeklärte Verschiebung des magnetischen Nordpols in Richtung des geografischen Nordpols. Indem sie die uralten Mechanismen der Entstehung und Veränderung des Magnetfelds entschlüsseln, können Forschende diese heutigen Anomalien besser deuten. Während der Magnetpol über die Arktis wandert, liefert die Arbeit in Zürich und Lugano das Grundlagenwissen, das nötig ist, um sich in einer ungewissen geomagnetischen Zukunft zurechtzufinden. Die Schweiz beobachtet die Welt nicht nur, sondern ist führend daran beteiligt, die unsichtbaren Kräfte zu verstehen, die sie schützen.