Das Studium des Erdmagnetfeldes, wie es in den Gesteinsaufzeichnungen aufgezeichnet ist, war ein wichtiger Schlüssel zur Rekonstruktion der Geschichte der Plattenbewegungen. Wir haben bereits gesehen, wie die Aufzeichnung der magnetischen Umkehrungen zur Bestätigung der Hypothese der Ausbreitung des Meeresbodens führte. Das Konzept der scheinbaren Polarwanderung war hilfreich bei der Bestimmung von Geschwindigkeit, Richtung und Rotation der Kontinente.
Scheinbare Polarwanderung
Um die Idee der Polarwanderung zu veranschaulichen, stellen Sie sich vor, Sie hätten einen zusammengesetzten Vulkan auf einem Kontinent wie in der folgenden Skizze. Ich versichere Ihnen, dass Sie die Skizze besser verstehen werden, wenn Sie sich auch den Screencast ansehen, in dem ich spreche, während ich sie zeichne.
Skizze der scheinbaren Polwanderung
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Um eine scheinbare Polwanderung zu veranschaulichen, nehmen wir an, wir haben hier die Erde, und ihre Pole sind so, wie sie heute sind. Die Magnetfeldlinien verlaufen in dieser Richtung. Und nehmen wir an, wir haben hier einen Kontinent sitzen. Er sieht so aus. Auf diesem Kontinent gibt es einen Vulkan, und zwar einen zusammengesetzten Vulkan. Ein zusammengesetzter Vulkan spuckt Lava aus und baut mit seinen Lavaströmen allmählich den Berghang auf, so wie hier. Hier ist die Lava, die an dieser Seite herunterkommt. Stellen wir uns vor, wir wären ein Geologe und würden zu diesem Vulkan gehen und ein paar Proben von diesen Lavaströmen nehmen. Wir zoomen diese Lavaströme hier heran. Die oberste Probe des Lavastroms nennen wir diesen grünen Strom. Unter diesem grünen Lavastrom befindet sich ein orange-gelber Lavastrom, und darunter liegt dieser älteste Lavastrom. Wir haben ein Magnetometer und können so versuchen herauszufinden, in welcher Richtung all diese Lavaströme nach Norden ausgerichtet waren, als sie sich bildeten und abkühlten. Nehmen wir an, der rote Strom zeigt in diese Richtung und der gelbliche sieht so aus. Der grüne Lavastrom bildete sich während des Feldes, so wie er heute ist, und zeigt daher in diese Richtung. Es gibt zwei mögliche Erklärungen dafür, wie dies geschehen sein könnte. Wir werden sie hier einzeichnen. Erklärung 1 ist, dass sich die Pole verschoben haben und der Kontinent an der gleichen Stelle geblieben ist. In diesem Fall haben wir hier einen Kontinent sitzen. Als sich die jüngste Lava bildete, dieses grüne Zeug, war der Pol genau hier oben, wo er heute ist. Aber als dieser Vulkan die gelbe Lava produzierte, befand sich der Pol an einer etwas anderen Stelle. Er befand sich eher hier drüben. Der älteste Lavastrom zeichnet einen Pol auf, der eher in dieser Richtung lag. In diesem Fall haben wir es mit einer scheinbaren Polarwanderung zu tun. Im Laufe der Zeit, von damals bis heute, hat sich der Pol in diese Richtung bewegt. Die andere Möglichkeit ist, dass sich der Kontinent verschoben hat und der Pol an der gleichen Stelle geblieben ist. In diesem Fall befände sich der grüne Kontinent von heute hier. Als diese Lava gefror, zeigte sie nach Norden zum Nordpol. Wenn sich der Pol zu der Zeit, als die gelbe Lava entstand, an der gleichen Stelle befunden hätte, dann hätte der Kontinent irgendwo hier sein müssen, weil seine Lava in Richtung Norden gefror. Wenn wir noch weiter in die Vergangenheit zurückgehen, in Richtung der roten Lava, dann muss sich der Kontinent in einer ähnlichen Position befunden haben wie hier. Als sich die Lava bildete, zeigte sie nach Norden, und als der Kontinent dann diese Drehung durchlief, war die Lava bereits an Ort und Stelle gefroren, so dass die Richtung, in die sie zeigt, nicht mehr dieselbe ist wie Norden jetzt. Wir können einen Weg konstruieren – einen scheinbaren Wanderweg, wenn man so will – des Kontinents. Wir können sehen, dass der Kontinent sich in etwa so bewegt haben muss. Das ist die entgegengesetzte Richtung zu der, die wir vorher konstruiert haben.
Dieser Vulkan bricht von Zeit zu Zeit aus, und wenn seine Lava erstarrt und abkühlt, zeichnet sie die Richtung des Erdmagnetfeldes auf. Ein Geologe, der mit einem Magnetometer ausgerüstet ist, könnte Proben durch die Schichten der erstarrten Lava nehmen und so die Richtung und Intensität des Feldes über die gesamte geologische Zeitspanne verfolgen, die dieser Vulkan aufgezeichnet hat. Tatsächlich haben die Geologen dies getan und festgestellt, dass die Richtung des Nordpols im Laufe der Zeit nicht stationär war, sondern sich offenbar stark verschoben hatte. Dafür gab es zwei mögliche Erklärungen:
- Etweder war der Pol stationär und der Kontinent hatte sich im Laufe der Zeit bewegt, oder
- Der Kontinent war stationär und der Pol hatte sich im Laufe der Zeit bewegt.
Seafloor Spreading Saves the Day!
Bevor die Plattentektonik akzeptiert wurde, dachten die meisten Geologen, dass sich der Pol bewegt haben muss. Als jedoch immer mehr Messungen auf verschiedenen Kontinenten durchgeführt wurden, stellte sich heraus, dass die verschiedenen Wege der Polwanderung nicht miteinander in Einklang gebracht werden konnten. Der Pol konnte sich nicht an zwei Orten gleichzeitig befinden, und außerdem wiesen die Ozeanböden alle entweder nach Norden oder nach Süden, aber nicht in die dazwischen liegenden Richtungen. Wie konnten also Laven desselben Alters auf verschiedenen Landmassen die historischen Richtungen des Nordpols unterschiedlich anzeigen? Nachdem die Ausbreitung des Meeresbodens als praktikabler Mechanismus für die Bewegung der Lithosphäre erkannt worden war, erkannten die Geologen, dass diese „scheinbaren polaren Wanderungspfade“ zur Rekonstruktion der vergangenen Bewegungen der Kontinente verwendet werden konnten, wobei die Annahme zugrunde gelegt wurde, dass sich der Pol immer ungefähr an der gleichen Stelle befand (außer bei Umkehrungen).
Berechnung des paläomagnetischen Breitengrades
Das Beispiel in meiner fabelhaften Zeichnung gibt eine ziemlich vage Beschreibung der Idee, die hinter der Verwendung paläomagnetischer Daten zur Rekonstruktion der früheren Positionen der Kontinente steckt, aber wie wird das eigentlich gemacht? Wir verwenden Magnetometer.
Der Winkel zwischen dem Erdmagnetfeld und der Horizontalen wird als magnetische Inklination bezeichnet. Da die Erde ein runder Körper in einem Dipolfeld ist, ist die Neigung direkt von der geografischen Breite abhängig. Tatsächlich ist der Tangens des Neigungswinkels gleich dem doppelten Tangens der magnetischen Breite, d. h. dem Breitengrad, auf dem sich das permanent magnetisierte Gestein befand, als es magnetisiert wurde. Wenn Sie also Ihren gegenwärtigen Standort kennen und ein Magnetometer den Neigungswinkel Ihres geologischen Objekts von Interesse, z. B. eines Basaltstroms, anzeigt, können Sie die magnetische Breite zum Zeitpunkt seiner Entstehung berechnen, sie mit Ihrem gegenwärtigen Standort vergleichen und feststellen, um wie viele Breitengrade sich Ihr gegenwärtiger Standort seit der Abkühlung des Gesteins verschoben hat.