Magnetfeld

Das Magnetfeld der Erde

Magnetische Erscheinungen, insbesondere das Magnetfeld der Erde, haben die Menschen schon seit Urzeiten beschäftigt. Der Kompass ist aus der Geschichte der Navigation nicht wegzudenken. Inzwischen wissen wir, dass das Magnetfeld der Erde auch ein wichtiger Schlüssel zum Verständnis des Erdinneren ist: Verlauf und Stärke des Magnetfeldes an der Erdoberfläche und im Außenraum der Erde verraten uns wichtige Details darüber, wie der „Erddynamo“ im Inneren der Erde funktioniert, der das beobachtete Magnetfeld erzeugt.

Nach heutiger Vorstellung werden etwa 95 Prozent des Erdmagnetfeldes durch einen Dynamoeffekt im äußeren, flüssigen und im Wesentlichen aus Eisen bestehenden Erdkern erzeugt. Diesem „erdinneren“ Feld ist ein „erdäußeres“ überlagert, das durch elektrische Ströme in der Ionosphäre und der Magnetosphäre erzeugt wird und kaum 5 Prozent des Gesamtfeldes ausmacht (s. Abb. 1). Das Magnetfeld der Erde bietet, zusammen mit der Atmosphäre, einen effektiven Schutz vor schädlicher Strahlung aus dem Weltall, die aus elektrisch geladenen Teilchen besteht.

Infografik. Globus mit Kontinenten. Angedeuteter Erdkern. Ein Pfeil durch die Erde gehend, fast senkrecht. Am Nordpol ein Kranz. Rings um die Erde gebogene Linien, an den Polen zusammentreffend.
Darstellung des Erdmagnetfeldes mit magnetischem Dipol

Ein besonderes, heute noch nicht völlig verstandenes geophysikalisches Phänomen ist die Umpolung des Erdmagnetfeldes, die im Laufe der Erdgeschichte häufig und in unregelmäßigen Abständen stattgefunden hat und voraussichtlich weiter stattfinden wird. Die Entdeckung der Umpolung geht auf das schon erwähnte Ocean Drilling Program zurück, bei dem man parallel zu den mittelozeanischen Rücken, an denen flüssiges Gesteinsmaterial austritt, in den Bohrkernen mehr oder weniger breite Streifen entgegengesetzter magnetischer Polarität gefunden hat. Die in den Streifen konservierten magnetischen Minerale haben sich vor ihrer Erstarrung nach dem jeweils herrschenden Magnetfeld ausgerichtet und zeigen heute dessen wechselnde Polarität an. Derartige Umpolungen kündigen sich durch kleinere Änderungen der Magnetfeldeigenschaften an. Beobachtungen aus den vergangenen 150 Jahren zeigen, dass die Stärke des Magnetfeldes während dieser Zeit kontinuierlich abgenommen hat. Satellitenmessungen während der letzten beiden Dekaden weisen ebenfalls auf eine Abschwächung des Erdmagnetfeldes hin, die im Nordatlantik bei etwa 1 Prozent pro Jahr liegt.

Eine genaue Analyse des vorliegenden Datenmaterials legt den Schluss nahe, dass sich das Magnetfeld innerhalb der nächsten 700 bis 1000 Jahre erneut umpolen könnte. Das hat schon jetzt Konsequenzen. So führt die beobachtete Abnahme der magnetischen Feldstärke dazu, dass sich die Strahlung aus dem Weltraum in der näheren Umgebung der Erde erhöht. Bereits heute erleiden zum Beispiel hoch fliegende Satelliten in Regionen niedriger Magnetfeldstärke 90 Prozent ihrer Schädigung durch Teilchenstrahlung hoher Energie.

Bei detaillierter Kenntnis des Magnetfeldes und seiner zeitlichen Veränderungen besteht die Aussicht, das räumliche und zeitliche Verhalten derartiger Strahlungsanomalien und ihren Einfluss auf die Umwelt vorherzusagen. Vor allem dynamische Vorgänge auf der Sonne führen zu großer magnetischer Unruhe, den sogenannten magnetischen Stürmen, die in hohen Breiten als Polarlichter in Erscheinung treten und moderne technische Einrichtungen wie Telekommunikationssatelliten oder Überlandstromversorgungsnetze empfindlich stören können. Eine internationale Initiative bemüht sich um eine Vorhersage des „Weltraumwetters“, für die eine genaue Kenntnis des geomagnetischen Feldes nötig ist.