2.000 Kerne für die Entschlüsselung des Superchron

Magnetische Anomalien am Meeresboden dokumentierten mehrere Umkehrungen des Erdmagnetfelds: Der magnetische Nordpol und der Südpol tauschten ihre Plätze. Die letzte dieser Umkehrungen fand vor etwa 780.000 Jahren statt. Die Länge eines sogenannten Chron ist jedoch nicht konstant: Es gab auch Zeiträume mit häufigeren Umkehrungen oder sogar Millionen von Jahren ohne jegliche Umkehrung.

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Abrupte oder allmähliche geomagnetische Übergänge?

Die Kreide Superchron (CNS) ist eine dieser langen Phasen stabiler Polarität, die vor 84 bis 121 Millionen Jahren stattfand. Was genau bei einem Übergang zwischen einer Superchron und einer Phase mit mehreren Magnetfeldumkehrungen passiert, ist noch nicht vollständig geklärt. Die Hypothesen reichen von allmählichen bis hin zu abrupten Änderungen des Magnetfelds. Eine allmähliche Änderung würde auf einen Zusammenhang des Geodynamos und den Grenzbedingungen zwischen Erdkern und Erdmantel hindeuten, eine abrupte Änderung ist eher mit der plötzlichen Reorganisation eines chaotischen Geodynamos im äußeren Erdkern verbunden.

Anang Sahronis Doktorarbeit untersucht diese Fragestellung anhand des Übergangs am Ende der CNS. Er analysiert die paläosäkulare Variation des Erdmagnetfelds, die die räumlichen und zeitlichen Schwankungen des geomagnetischen Felds darstellt. Gesteine ​​wie Lavaströme zeichnen das vorherrschende geomagnetische Feld zum Zeitpunkt ihrer Entstehung auf. Anang untersucht eine Abfolge von Lavaströmen, die um die Zeit des Übergangs am Ende der Superchron auf dem Meeresboden entstanden und durch Plattenkollisionen auf die Kontinentalkruste geschoben wurden – sogenannte Ophiolithe.

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Paläomagnetismus des Ost-Sulawesi-Ophioliths

Der Ost-Sulawesi-Ophiolith (ESO) ist einer der größten Ophiolithe der Welt: Sein oberer Teil besteht aus etwa 3 km dicken Basaltlavaströmen, die hervorragend Aufzeichnungen des vergangenen geomagnetischen Feldes bewahren. Durch paläomagnetische und paläosäkulare Variationsanalysen (PSV) dieser Ströme kann das Verhalten des geomagnetischen Felds während des Übergangs untersucht werden. Über 200 Lavaströme mit mehr als 2000 Bohrkernen wurden zwischen 2022 und 2024 während umfangreicher, fünfwöchiger Feldkampagnen beprobt. Bei der Feldarbeit zur Untersuchung der paläosäkularen Variationen muss die Ausrichtung der Bohrkernproben sorgfältig dokumentiert werden. Die leicht magnetischen Lavaströme kann in diesem Prozess einen Magnetkompass ablenken. Die Ausrichtung der Kerne wurde daher mithilfe eines Sonnenkompasses gemessen, um diese magnetischen Anomalien zu vermeiden.

Im Labor bestimmte Anang die paläomagnetischen Richtungen mithilfe thermischer und alternierender Entmagnetisierung. Um die mögliche Überrepräsentation von Lavaströmen zu vermeiden, die in kurzer Zeit entstanden und dasselbe geomagnetische Feld aufgezeichnet haben, wurde abschließend ein Korrelationstest durchgeführt, indem die Richtungen aufeinanderfolgender Ströme verglichen wurden. Dadurch ergaben sich über 90 unabhängige Aufzeichnungen paläomagnetischer Richtungen. Unter der Annahme eines Dipolfeldes wird die Position des Pols des Erdmagnetfelds zum Zeitpunkt der Ablagerung des Lavastroms berechnet, der sogenannte virtuelle geomagnetische Pol (VGP).

Zeitliche Entwicklung der Streuung der virtuellen geomagnetischen Pole

Die paläosäkulare Variation, die Schwankung des vergangenen Erdmagnetfelds, wird nun anhand der VGP-Streuung quantifiziert: Nach dem Herausfiltern von Übergangsrichtungen wird die Winkelstandardabweichung berechnet.

Da die VGP-Streuung mit dem Breitengrad variiert, wird Anang seine Ergebnisse mit gut untersuchten Lavasequenzen vergleichen, die in ähnlichen Breitengraden (25–35°) abgelagert wurden, darunter die Dekkan-Trapps in Indien und die Mojave-Sonora-Wüste in den USA, um deren zeitliche Entwicklung zu untersuchen. Anhand dieser zeitlichen Entwicklung möchte er feststellen, ob die Kreidezeit im Vergleich zur nachfolgenden Periode durch ein anderes Regime gekennzeichnet war und so Erkenntnisse darüber gewinnen, wie sich das Erdmagnetfeld nach langen Stabilitätsphasen erholt.

Abstract

Geomagnetic secular variation from the East Sulawesi Ophiolite (Banggai Regency, Indonesia)

Anang Sahroni, Michelle Nadya Putri, Florian Lhuillier, Mochamad Nukman, Wiwit Suryanto

The East Sulawesi Ophiolite (ESO), thought to be emplaced in the Late Cretaceous, is one of the three largest ophiolites in the world. Its upper section consists of an ~1 km-thick sequence of basaltic flows that preserve palaeomagnetic records, providing insights into its palaeogeography and the behaviour of the Earth’s magnetic field towards the end of the Cretaceous Normal Superchron (CNS; 121–84 Ma), an enigmatic 40-Myr period during which the Earth’s magnetic field stopped reversing its polarity.

We collected palaeomagnetic samples from 230 lava flows in the Balantak (Batumandi, Teku, Pulo Dua), Toili, and Siuna districts. For each flow, we drilled 8–10 cores and oriented them using a sun compass to avoid misorientation errors due to magnetic anomalies. Systematic alternating field demagnetisation of the samples was conducted using the automated “sushibar” system with an embedded high-precision cryogenic magnetometer, supplemented by thermal demagnetisation of three sister samples per flow to ensure the robustness of the palaeodirectional data.

Based on the analysis of the distribution of palaeodirections derived from the 230 lava flows, we intend to provide a new estimate of the dispersion of the virtual geomagnetic poles at the end of CNS. This value will be compared with other available estimates over the past 120 Myr in order to better characterise the geomagnetic secular variation and the state of the geodynamo. In particular, we will address the controversial issue of the dependency between secular variation and reversal rate over the past 120 Myr.

A03p-021 Geomagnetic secular variation from the East Sulawesi Ophiolite (Banggai Regency, Indonesia) Anang Sahroni, Michelle Nadya Putri, Florian Lhuillier, Mochamad Nukman, Wiwit Suryanto. IAGA / IASPEI Joint Scientific Meeting, 31 August - 5 September 2025, Lisbon, Portugal.