Assessing paleomagnetic shallowing in basalts using magnetic fabrics

Stellen Sie sich vor, die Erde trage einen riesigen, unsichtbaren magnetischen Mantel. Dieser Mantel ist nicht nur eine statische Decke; es ist ein dynamisches, sich veränderndes Feld, das tief im Kern unseres Planeten erzeugt wird und wie eine massive Kompassnadel wirkt, die nach Norden zeigt. Für Wissenschaftler ist dieses Magnetfeld eine Zeitmaschine. Wenn Gesteine entstehen, wirken winzige magnetische Mineralien in ihnen wie mikroskopische Kompasse, die an Ort und Stelle einfrieren und genau aufzeichnen, in welche Richtung das Magnetfeld in diesem exakten Moment der Geschichte zeigte. Durch das Studium dieser „eingefrorenen Kompasse“ in Gesteinen aus verschiedenen Epochen können Forscher kartieren, wie sich das Magnetfeld der Erde über Millionen von Jahren verändert hat, was uns hilft, das tiefe Innere des Planeten zu verstehen und sogar zu rekonstruieren, wie die Kontinente gewandert sind.

Es gibt jedoch ein kniffliges Problem beim Lesen dieser antiken Kompasse. Manchmal stimmt die Richtung, die das Gestein aufzeichnet, nicht mit der überein, wohin der Kompass eigentlich zeigen sollte. Es ist, als wäre die Nadel gekippt oder „flach“, sie zeigt also mehr zum Horizont, als sie es sollte. Wissenschaftler wissen schon lange, dass Sedimentgesteine (wie Schlamm und Sand) oft unter diesem Problem leiden, da die magnetischen Körner beim Ablagern des Sediments zusammengedrückt oder geneigt werden können. Aber es gibt einen zweiten, oft übersehenen Verdächtigen: Lavaströme. Wenn geschmolzenes Gestein ausbricht und abkühlt, ist es nicht nur ein fester Block; es ist ein fließender Fluss aus Magma. Während sich das Magma bewegt, können sich die magnetischen Mineralien darin entlang der Fließrichtung ausrichten, was eine verborgene „Textur“ oder ein „Gefüge“ erzeugt. Die große Frage ist: Könnte diese durch den Fluss induzierte Ausrichtung den magnetischen Kompass täuschen und die aufgezeichnete Richtung so verändern, dass sie falsch erscheint, selbst in Gesteinen, die eigentlich perfekte Aufzeichnungen sein sollten?

Genau dieses Rätsel untersucht Pedro Fernandes da Silva in seiner Studie über einen historischen Lavastrom aus dem Jahr 1761 auf der Insel Terceira auf den Azoren. Er entschied sich zu untersuchen, ob die Art und Weise, wie die Lava floss, ein magnetisches „Gefüge“ erzeugte, das die antiken Kompassrichtungen verzerrte. Um dies zu untersuchen, betrachtete er nicht nur die magnetische Richtung; er kartierte auch das interne „Korn“ des Gelsches mithend einer Technik namens Anisotropie der magnetischen Suszeptibilität (AMS). Denken Sie bei AMS an eine Methode, um die Textur des Gesteins zu „fühlen“, also zu erkennen, ob die magnetischen Mineralien in eine bestimmte Richtung ausgerichtet sind, ganz ähnlich wie die Maserung eines Holzbretts verläuft.

Die Studie konzentrierte sich auf eine gut exponierte Wand dieses Lavastroms von 1761, wobei das Team 16 Proben entlang eines 30 Meter langen Abschnitts sammelte. Zuer vor bestätigten sie, dass die Gesteine aus Titanomagnetit bestehen, einem häufigen magnetischen Mineral, und dass sie eine stabile, primäre magnetische Aufzeichnung von der Zeit, als die Lava abkühlte, bewahrten. Dann verglichen sie die in den Gesteinen aufgezeichnete magnetische Richtung (die Paläomagnetik) mit der Stärke und Richtung des internen Gefüges des Gesteins (die AMS).

Die Ergebnisse zeigten eine klare und faszinierende Verbindung. Das Team stellte fest, dass mit zunehmender Ausrichtung des magnetischen Gefüges (das heißt, je stärker die Mineralien durch den Fluss orientiert wurden), sich die aufgezeichnete magnetische Richtung zu verschieben begann. Konkret gab es eine lineare Beziehung: Je stärker die Ausrichtung des Gefüges war, desto flacher wurde die magnetische Inklination (der Winkel, der in die Erde hineinzeigt). In den extremsten Fällen sank die Inklination um etwa 20 Grad im Vergleich zu den weniger ausgerichteten Proben. Darüber hinaus verschob sich die magnetische Deklination (die Kompassrichtung) im Uhrzeigersinn und folgte eng der Rotation der internen magnetischen Achsen des Gesteins.

Als die Forscher ihre Proben in zwei Gruppen aufteilten – eine mit geringer Gefügestruktur und eine mit hoher Gefügestruktur –, sahen sie den Unterschied deutlich. Die Gruppe mit geringer Ausrichtung zeichnete einen steileren, „korrekteren“ Winkel auf, der den globalen magnetischen Modellen für jene Zeitperiode entsprach. Die Gruppe mit hoher Ausrichtung wies jedoch einen signifikant flacheren Winkel und eine verschobene Richtung auf. Dies deutet darauf hin, dass der Fluss des Magmas selbst die magnetische Aufzeichnung physisch verdreht hat. Das Paper argumentiert, dass dies nicht nur ein kleiner Fehler ist, sondern eine signifikante Fehlerquelle, die in vielen Studien wahrscheinlich übersehen wurde.

Letztendlich kommt das Paper zu dem Schluss, dass die Analyse des magnetischen Gefüges ein entscheidendes Werkzeug ist, das nicht ignoriert werden sollte. Es fungt wie eine Qualitätskontrolle für die Paläomagnetik. Wenn man sieht, dass eine magnetische Aufzeichnung etwas „falsch“ oder flach aussieht, kann die Überprüfung des internen Gefüges des Gesteins verraten, ob das Gestein selbst der Übeltäter ist. Indem wir verstehen, wie die Lava floss und wie dieser Fluss die magnetischen Mineralien ausrichtete, können Wissenschaftler besser die Zuverlässigkeit ihrer antiken Kompassmessungen einschätzen und vermeiden, die Geschichte des Erdmagnetfeldes falsch zu interpretieren.