Einfluss der Sonne auf das Erdmagnetfeld

Ãœber die Entstehung des Erdmagnetfeldes gibt es verschiedene Theorien. Sicher ist, dass das Magnetfeld der Erde vom Erdkern ausgeht.

Als eine mögliche Ursache des Magnetfeldes gelten Konvektionsströme in dem äußeren flüssigen Erdkern, die durch den Temperaturunterschied zwischen dem festen inneren Erdkern und dem Erdmantel aufrecht erhalten werden. Ähnlich dem in Stromgeneratoren angewendeten Prinzip der Autoinduktion wird durch die Bewegung der elektrisch leitfähige Schmelze ein elektrischer Strom hervorgerufen, von dem das Magnetfeld der Erde ausgeht. Die Konvektion der Schmelze kann auch als Rotationsbewegung angesehen werden, die das Bestreben hat, die ursprüngliche Richtung der Rotationsachse, ähnlich dem Foucaultschen Pendel, beizubehalten. Daher liegen die magnetischen Pole etwa in der Nähe der geographischen Pole.

Einer anderen Theorie zufolge tragen auch die vom Mond, aber auch von anderen Himmelskörpern, ausgehenden Gezeitenkräfte zu dem Erdmagnetfeld bei: Durch die Gezeitenkräfte wird die Erde in ihrer Rotation allmählich abgebremst. Die Gezeitenkräfte wirken dabei auf den Erdmantel stärker ein als auf den Erdkern. Denn der größere Radius des Erdmantels führt zu einem größeren Unterschied der Anziehung durch den Mond, da die dem Mond zu- und abgewandten Bereiche des Erdmantels weiter voneinander entfernt sind als die entsprechenden Bereiche des Erdkerns. In der Konsequenz bedeutet die stärkere Abbremsung des Erdmantels, dass der innere Erdkern ein wenig schneller rotiert als der Erdmantel, was nicht zuletzt durch die Wirkung des äußeren flüssigen Erdkerns als Schmiermittel ermöglicht wird. Durch die schnellere Rotation des festen Erdkerns gegenüber dem Erdmantel wird ein elektrischer Strom induziert, der das Erdmagnetfeld hervorruft.

Im Jahre 1600 veröffentlichte der englische Arzt und Naturphilosoph William Gilbert sein Werk De Magnete, im er erstmals erkannte, dass die Erde die Ursache für die Ausrichtung der Kompassnadel ist. Messungen in London ergaben zudem, dass das Magnetfeld nicht statisch ist, sondern sich langsam ändert.

Wanderung des magnetischen Nordpols

Seit den ersten Messungen um 1550 hat sich die Stärke des Magnetfeldes um etwa 20 Prozent verringert, in den letzten hundert Jahren allein um ungefähr 6%. Die magnetischen Pole sind nicht ortsfest. Sie wandern derzeit etwa 7,5 km pro Jahr.

Eisenhaltiges Gestein, das oberhalb des Curiepunktes erhitzt wird und sich dann abkühlt, wird in Richtung des äußeren Magnetfeldes, normalerweise des Erdmagnetfeldes, magnetisiert. Dies trifft für Vulkangestein zu, tritt aber auch bei Ziegeln oder Tongefäßen auf. Dadurch wird die Magnetfeldrichtung quasi eingefroren und kann heute bestimmt werden. Die entsprechende wissenschaftliche Disziplin heißt Paläomagnetismus .

Aufgrund von Messungen an erstarrter Lava, die sich in dem Rahmen der Plattentektonik am mittelatlantischen Rücken ständig nachgebildet hat, weiß man, dass sich das Erdmagnetfeld in dem Mittel etwa alle 500 Tausend Jahre umkehrt. Dabei handelt es sich um einen Prozess, der mit dem 11-jährigen Sonnenzyklus verwandt ist. Zuletzt hat er sich vor ungefähr 750 Tausend Jahren ereignet. Die Umpolung geschieht dabei in einer relativ kurzen Zeitspanne von wenigen tausend Jahren. Umpolungen sind bis etwa 100 Millionen Jahre zurück gut dokumentiert. Da das Magnetfeld derzeit abnimmt, könnte in nicht allzu ferner Zukunft eine Umpolung bevorstehen. (Schätzung: Jahr 3000-4000) Diese Vermutung ist wissenschaftlich jedoch nicht gesichert.

Während der Phase der Umpolung war die Erde schutzlos dem Sonnenwind ausgesetzt. Das korrespondiert mit der Beobachtung, dass in den entsprechenden Sedimentschichten gehäuft ein Artenwechsel von Kleinorganismen festgestellt werden konnte. Möglicherweise war daher die Oszillation des Erdmagnetfeldes und die damit einhergehenden DNA-Mutationen durch hochenergetische Strahlung ein bedeutender Motor der Evolution.

Derzeit wird das Magnetfeld in über 200 Laboratorien der Erde ständig gemessen und überwacht. Auch Satelliten werden zu Magnetfeldmessungen benutzt, z.B. der 2000 von Deutschland gestartete CHAMP . Die Messungen erreichen in Stärke und Richtung eine überaus große Genauigkeit von 0,0002 Prozent (Quelle geophysik.uni-münchen.de (http://www.geophysik.uni-muenchen.de/Institute/Infos/PublicRelations/Poster/magnetfeld.pdf)).

Neben den globalen Messungen werden magnetische Messungen in großer Zahl für die Angewandte Geophysik und Erkundung von Lagerstätten vorgenommen. Nicht zuletzt sind Richtungsmessungen mit Magnetsonden und Kompassen für Zwecke der Navigation und Geodäsie zu erwähnen.

Einige Tiere, so z.B. Blindmäuse , Brieftauben, Zugvögel, Meeresschildkröten und wahrscheinlich auch Wale nutzen das Erdmagnetfeld zur Orientierung.

• Zur Erinnerung an "De Magnete" von William Gilbert (http://www.phy6.org/earthmag/Dmagint.htm)