Dies ist die Geschichte, wie die Weltreise eines Entdeckers des 19. Jahrhunderts, zwei Stabmagnete und die Jagd nach feindlichen U-Booten im Zweiten Weltkrieg zur Erfindung des tragbaren Fluxgate-Magnetometers führten. Und wie diese Erfindung wiederum zum „magischen Profil“ führte, einem starken Beweis für die Theorie der Plattentektonik.
In den 1950er Jahren wurde die Vorstellung, dass die Kontinente der Erde in Bewegung sein könnten, weitgehend lächerlich gemacht, und der Meeresboden war immer noch größtenteils ein Rätsel. Doch das sollte sich ändern: Nach dem Zweiten Weltkrieg und seinen Seeschlachten standen den Forschern plötzlich mächtige neue Werkzeuge wie Tauchboote und Sonarsysteme zur Verfügung, um den Meeresboden detaillierter als je zuvor zu kartieren und zu untersuchen. Zu diesen neuen Technologien gehörte ein kleines tragbares Gerät, das als Fluxgate-Magnetometer bekannt ist.
Magnetometer, Geräte, die das Magnetfeld der Erde messen, waren zu diesem Zeitpunkt noch keine neue Technologie. Wissenschaftler wussten seit Jahrhunderten, dass die Erde ihr eigenes Magnetfeld erzeugt; Matrosen benutzten Kompasse, um damit zu navigieren. Aber die Stärke dieses Feldes war von Ort zu Ort rätselhaft inkonsistent.
Während seiner Reisen um den Globus im frühen 19. Jahrhundert sammelte der deutsche Forscher und Geograph Alexander von Humboldt Messungen des Erdmagnetfelds an verschiedenen Orten und stellte fest, dass die Feldstärke weiter vom Äquator entfernt zunahm. Diese Variationen veranlassten Humboldt im Jahr 1831, koordinierte Anstrengungen zu unternehmen, um diese magnetische Intensität auf der ganzen Welt genau zu messen. Dabei holte er sich unter anderem die Hilfe des deutschen Mathematikers Carl Friedrich Gauß.
Gauss geliefert. Im Jahr 1833 berichtete er über die Entwicklung des ersten Magnetometers, das die absolute Intensität des Erdmagnetfelds an jedem Ort messen konnte. Sein Magnetometer war täuschend einfach und bestand aus zwei Stabmagneten, von denen einer an einer Faser in der Luft hing und einer in bekannter Entfernung platziert war. Die Ablenkung des aufgehängten Magneten vom geomagnetischen Norden hängt sowohl von der Stärke des Erdmagnetfeldes als auch von der Anziehungskraft des zweiten Stabmagneten ab. Diese Messungen lieferten die ersten globalen Karten der Magnetfeldstärke der Erde.
Aber bis zum Zweiten Weltkrieg suchte die US Navy nach noch genaueren Messungen des Magnetismus. Insbesondere wollte die Navy sehr kleine Anomalien im Erdmagnetfeld kartieren können – Anomalien, die beispielsweise auf das Vorhandensein von metallischen Objekten wie U-Booten unter der Wasseroberfläche zurückzuführen sein könnten.
Im Jahr 1936 entwickelten Wissenschaftler einen so präzisen Sensor, den sogenannten Fluxgate-Magnetometer. In einem Fluxgate-Magnetometer wird anstelle einer sich drehenden Nadel wie bei einem Kompass ein Eisenstab in zwei Drahtspulen gewickelt. Eine Spule führt einen Wechselstrom entlang des Eisenkerns, bastelt am magnetischen Zustand des Kerns, sättigt ihn zuerst mit Magnetismus und entsättigt ihn dann. Im ungesättigten Zustand kann der Kern ein externes Magnetfeld wie das der Erde anziehen. Bei Sättigung drückt der Kern das externe Feld wieder heraus. Die zweite Spule soll diese Veränderungen des Magnetismus erkennen – und ganz nebenbei die Stärke des äußeren Feldes messen.
Aber um dieses Gerät zur Suche nach U-Booten zu verwenden, müsste es tragbar sein und in einem Flugzeug montiert werden können. Hier kommt der in Russland geborene Geomagnetist Victor Vacquier ins Spiel. Vacquier war bei den Gulf Research Laboratories in Pittsburgh, einem Zweig von Gulf Oil, wo er mehrere Jahre lang hart an einer tragbaren Version des Fluxgate-Magnetometers gearbeitet hatte.
Im Jahr 1941 zogen erfolgreiche Tests von Vacquiers Gerät die Aufmerksamkeit der Marine auf sich, die das Verteidigungspotential seines Geräts erkannte. Mit Marinegeldern waren Fluxgate-Magnetometer bis Dezember 1942 in der Luft und suchten eifrig nach feindlichen U-Booten.
Nach dem Krieg waren die Wissenschaftler gespannt, was dieses präzise tragbare Magnetometer über den Meeresboden aussagen könnte. Ozeanographen rüsteten das Gerät so um, dass es hinter Forschungsschiffen geschleppt werden konnte, die über die Ozeane hin und her fegten. In den 1950er und frühen 1960er Jahren begannen Vacquier (damals an der Scripps Institution of Oceanography in La Jolla, Kalifornien) und andere Forscher, das Fluxgate-Magnetometer zu verwenden, um magnetische Anomalien, die in den Gesteinen des Meeresbodens erhalten sind, zu messen und zu kartieren.
Die Karten zeigten ein merkwürdiges Zebrastreifenmuster magnetischer Polarität auf dem Meeresboden, etwas, das man in kontinentalen Gesteinen noch nie gesehen hat. In diesem Muster wechselten sich Gesteinsbänder mit normaler Polarität – die Nord-Süd-Ausrichtung entspricht der des aktuellen Erdmagnetfelds – mit Bändern mit umgekehrter Polarität ab. Wissenschaftler vermuteten, dass diese Streifen darauf zurückzuführen sein könnten, dass das Magnetfeld der Erde von Zeit zu Zeit die Richtung umkehrt.
Noch aussagekräftiger war, dass das Zebrastreifenmuster auf beiden Seiten der langen, sich schlängelnden Unterwasserbergketten, die als mittelozeanische Rücken bekannt sind, symmetrisch war. Dieses Muster wurde zu einem der stärksten Beweise für die Hypothese der Ausbreitung des Meeresbodens, der Idee, dass Magma aufsteigt, um neue Ozeankruste zu bilden, wenn sich die Erdkruste an den mittelozeanischen Rücken auseinanderzieht. Wenn die neue Kruste aushärtet, richten sich ihre eisenhaltigen Mineralien an der aktuellen Ausrichtung des Erdmagnetfelds aus, und die aushärtenden Gesteine werden zu einem neuen Streifen im Muster.
1968 trafen sich etwa 100 Geowissenschaftler zu einem bahnbrechenden Moment in der Geschichte der Plattentektonik. Bei dem Treffen, einem zweitägigen Symposium am Goddard Institute for Space Studies in New York City, präsentierten die Geologen Walter Pitman und James Heirtzler vom Lamont-Doherty Earth Observatory in Palisades, NY, ein Profil der 1966 gemessenen magnetischen Anomalien von Bord der R/V Eltanin.
Die Symmetrie auf beiden Seiten des pazifischen-antarktischen Rückens war kristallklar, so perfekt, dass sie als „magisches Profil“ bekannt wurde. Dieses Profil, das durch eine Reihe von Erfindungen im letzten Jahrhundert ermöglicht wurde, die in einem tragbaren, präzisen Magnetometer gipfelten, wurde zu einem der überzeugendsten Beweise für die Ausbreitung des Meeresbodens – und schließlich für die Theorie der Plattentektonik.