Studie modelliert die Abschirmung von Erdmagnetfeldern in den letzten 100.000 Jahren

Neue Modelle darüber, wie sich das Erdmagnetfeld, das die Erdatmosphäre vor kosmischer Strahlung schützt, über Zehntausende von Jahren verändert hat, können uns helfen zu verstehen, wie sich das Klima in einem ähnlichen Zeitraum verändert hat.

Die Erdatmosphäre wird vor den Auswirkungen kosmischer Strahlung und anderer energiereicher, geladener Teilchen durch ein Magnetfeld – das Erdmagnetfeld – geschützt, das sich vom geschmolzenen äußeren Kern unseres Planeten in den Weltraum erstreckt. Die Stärke des Erdmagnetfeldes ist nicht konstant, sondern variiert über Zeiträume von Tausenden und Zehntausenden von Jahren.

Nun hat eine Gruppe von Wissenschaftlern aus China und Deutschland unter der Leitung von Jiawei Gao vom Institut für Geologie und Geophysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking die Schwankungen in diesem Feld in den letzten 100.000 Jahren modelliert. Ihre Forschung wird im veröffentlicht Zeitschrift für Weltraumwetter und Weltraumklima.

Das Erdmagnetfeld ist ein natürliches, aber sehr vorteilhaftes Phänomen, da es die Erdatmosphäre vor den Auswirkungen kosmischer Strahlung und anderer energiereicher Teilchen schützt, die langlebige Radionuklide wie Kohlenstoff-14 produzieren. Wenn es schwächer wird, erhöht sich der Fluss kosmischer Strahlung, der die Erde erreicht. Wir wissen zum Beispiel, dass das Feld alle paar Zehntausend Jahre eine „Auslenkung“ oder „Umkehr“ erfährt, die seine Stärke deutlich verringert und schwächere, schnellere Schwankungen solchen langfristigen Veränderungen überlagert werden.

„Der globale kosmische Strahlungsfluss, der die Erdatmosphäre erreichte, war in der Mitte der sogenannten Laschamps-Exkursion vor etwa 34.000 Jahren bis zu dreimal höher als heute und bei einer anderen Exkursion vor etwa 65.000 Jahren etwa doppelt so hoch.“ vor“, sagt Gao.

Das Verständnis dieser Veränderungen im Laufe der Zeit kann uns helfen, langfristige Muster der Sonnenaktivität und die nicht anthropogenen, also nicht durch menschliche Aktivitäten verursachten Veränderungen des Klimas zu verstehen, die in der gesamten Vorgeschichte aufgetreten sind. Es ist möglich, die Stärke der Erdmagnetfeldabschirmung mithilfe eines Parameters des Impulses pro Ladungseinheit zu messen, der als „Steifigkeit“ bekannt ist.

Geladene Teilchen mit gleicher Steifigkeit bewegen sich auf die gleiche Weise. Wenn Sie alle geladenen Teilchen untersuchen, die sich an einem bestimmten Ort und Einfallswinkel in Richtung Atmosphäre bewegen, können nur diejenigen mit einer Steifigkeit über einem bestimmten Wert in die Atmosphäre eindringen. Dieser Wert oder die „geomagnetische Grenzsteifigkeit“ ist ein direktes Maß für die Stärke des Erdmagnetfelds und damit für den Grad der Abschirmung.

Gao und seine Mitarbeiter schätzten die globale Grenzsteifigkeit mithilfe der Erdmagnetfeldmodelle in einzelnen Zeitintervallen während der letzten 100.000 Jahre, indem sie vier verschiedene Modelle des Feldes verglichen und kombinierten.

„Die ersten Modelle basierten auf Dipolfeldannahmen. Fortgeschrittene Erdmagnetfeldmodelle umfassen alle auch Nicht-Dipolkomponenten, die genauer sind als solche, die nur Dipolkomponenten verwenden“, sagt er. „Anhand dieser Modelle haben wir herausgefunden, dass während Exkursionen (also bei geringer Feldstärke) der Fluss energiereicher kosmischer Strahlung in die Atmosphäre hoch war und darüber hinaus nahezu unabhängig vom Breitengrad.“

Diese vom Forschungsteam entwickelten „besten verfügbaren“ Modelle ermöglichen es Wissenschaftlern, die Radionuklidproduktionsrate und damit die Dosisleistung der kosmischen Strahlung und die Sonnenaktivität über diesen Zeitraum abzuschätzen. Dies wird ihnen helfen zu erforschen, wie sich das Klima im Laufe der Vorgeschichte verändert hat, was nützliche Einblicke in die Mechanismen und Auswirkungen des anthropogenen Klimawandels heute liefern dürfte. Obwohl hochenergetische Teilchen, die von außerhalb des Sonnensystems stammen, das Klima der Erde beeinflussen können, besteht wissenschaftlicher Konsens darüber, dass diese Faktoren nicht für den Erwärmungstrend verantwortlich sind, den wir in den letzten Jahrzehnten beobachtet haben. Die jüngste globale Erwärmung und die damit verbundenen Klimaveränderungen werden auf menschliche Aktivitäten, insbesondere Treibhausgasemissionen, zurückgeführt.