Steht das Erdmagnetfeld kurz davor, umzukippen? Ein Experte erklärt. : Wissenschaftsalarm

By | November 28, 2023

Das Erdmagnetfeld spielt eine große Rolle beim Schutz der Menschen vor gefährlicher Strahlung und geomagnetischen Aktivitäten, die die Satellitenkommunikation und die Funktionsfähigkeit der Stromnetze beeinträchtigen können. Und es bewegt sich.

Wissenschaftler untersuchen und verfolgen seit Jahrhunderten die Bewegung magnetischer Pole. Die historische Bewegung dieser Pole weist auf eine Veränderung der globalen Geometrie des Erdmagnetfelds hin.

Es könnte sogar auf den Beginn einer Feldumkehr hinweisen – einer „Umkehrung“ zwischen dem Nord- und dem Südmagnetpol.

Ich bin ein Physiker, der die Wechselwirkung zwischen Planeten und Weltraum untersucht. Auch wenn eine geringfügige Verschiebung des magnetischen Nordpols keine große Sache ist, könnte eine Umkehrung große Auswirkungen auf das Erdklima und unsere moderne Technologie haben. Diese Umkehrungen erfolgen jedoch nicht sofort. Stattdessen treten sie über Jahrtausende hinweg auf.

Die beobachteten Standorte des Nordmagnetpols von 1831 bis 2007 sind gelbe Quadrate. Die von 1590 bis 2025 modellierten Polstandorte sind Kreise, die von Blau nach Gelb verlaufen. (Nationale Umweltinformationszentren)

Magnetfelderzeugung

Wie entstehen also Magnetfelder, wie sie um die Erde herum existieren?

Magnetische Felder entstehen durch die Bewegung elektrischer Ladungen. Ein Material, das die einfache Bewegung von Ladungen ermöglicht, wird als Leiter bezeichnet. Metall ist ein Beispiel für einen Leiter – Menschen nutzen es, um elektrische Ströme von einem Ort zum anderen zu übertragen. Elektrischer Strom selbst besteht einfach aus negativen Ladungen, sogenannten Elektronen, die sich durch das Metall bewegen. Dieser Strom erzeugt ein Magnetfeld.

Im flüssigen Eisenkern der Erde finden sich Schichten aus leitfähigem Material. Ladungsströme bewegen sich durch den Kern, und auch flüssiges Eisen bewegt und zirkuliert im Kern. Diese Bewegungen erzeugen das Magnetfeld.

frameborder=”0″allow=”accelerometer; Automatisches Abspielen; Aufzeichnung in der Zwischenablage; verschlüsselte Medien; Gyroskop; Bild im Bild; Web-Share“ Vollbild zulassen>

Die Erde ist nicht der einzige Planet mit einem Magnetfeld – Gasriesenplaneten wie Jupiter haben eine leitende Schicht aus metallischem Wasserstoff, die ihre Magnetfelder erzeugt.

Die Bewegung dieser leitenden Schichten innerhalb der Planeten führt zu zwei Arten von Feldern. Größere Bewegungen, etwa großräumige Rotationen mit dem Planeten, führen zu einem symmetrischen Magnetfeld mit Nord- und Südpol – ähnlich einem Spielzeugmagneten.

Diese leitfähigen Schichten können aufgrund lokaler Turbulenzen oder kleinerer Strömungen, die nicht dem großräumigen Muster folgen, unregelmäßige lokale Bewegungen aufweisen. Diese Unregelmäßigkeiten werden sich in einigen kleinen Anomalien im Magnetfeld des Planeten oder an Orten manifestieren, an denen das Feld von einem perfekten Dipolfeld abweicht.

Diese kleinräumigen Verschiebungen des Magnetfelds können im Laufe der Zeit tatsächlich zu großräumigen Feldänderungen und möglicherweise sogar zu einer vollständigen Umkehr der Polarität des Dipolfelds führen, bei der Nord zu Süd wird und umgekehrt.

Die Bezeichnungen „Norden“ und „Süden“ im Magnetfeld beziehen sich auf ihre entgegengesetzten Polaritäten – sie beziehen sich nicht auf den geografischen Norden und Süden.

Ein Diagramm, das die Erde mit zwei Blöcken im Inneren zeigt, von denen einer nach oben zeigt und auf dem „S“ steht, und einer nach unten zeigt und auf dem „N“ steht, jeweils mit dem magnetischen Südpol und dem magnetischen Nordpol beschriftet.  Eine leicht geneigte Linie stellt die Rotationsachse der Erde dar.
Das Magnetfeld der Erde. Die magnetischen Nord- und Südpole spiegeln die geografischen Nord- und Südpole wider. (PeterHermesFurian/iStock über Getty Images Plus)

Die Magnetosphäre der Erde, eine schützende Blase

Das Erdmagnetfeld erzeugt über dem oberen Teil der Atmosphäre, der Ionosphärenschicht, eine magnetische „Blase“, die Magnetosphäre genannt wird.

Die Magnetosphäre spielt eine wichtige Rolle beim Schutz des Menschen. Es schirmt und lenkt schädliche hochenergetische kosmische Strahlung ab, die bei Sternexplosionen entsteht und sich ständig durch das Universum bewegt. Die Magnetosphäre interagiert auch mit dem Sonnenwind, einem Strom magnetisierten Gases, der von der Sonne gesendet wird.

Die Wechselwirkung der Magnetosphäre und Ionosphäre mit dem magnetisierten Sonnenwind erzeugt das, was Wissenschaftler Weltraumwetter nennen. Typischerweise ist der Sonnenwind mild und es gibt wenig oder gar kein Weltraumwetter.

Es gibt jedoch Zeiten, in denen die Sonne große magnetisierte Gaswolken, sogenannte koronale Massenauswürfe, in den Weltraum schleudert. Wenn diese koronalen Massenauswürfe die Erde erreichen, könnte ihre Wechselwirkung mit der Magnetosphäre geomagnetische Stürme erzeugen. Geomagnetische Stürme können Polarlichter erzeugen, die entstehen, wenn ein Strom energiereicher Teilchen auf die Atmosphäre trifft und aufleuchtet.

Bei Weltraumwetterereignissen kommt es in der Nähe der Erde zu gefährlicherer Strahlung. Diese Strahlung kann möglicherweise Satelliten und Astronauten schädigen. Weltraumwetter kann auch große Leitungssysteme wie große Rohre und Stromnetze beschädigen, indem es die Ströme in diesen Systemen überlastet.

frameborder=”0″allow=”accelerometer; Automatisches Abspielen; Aufzeichnung in der Zwischenablage; verschlüsselte Medien; Gyroskop; Bild im Bild; Web-Share“ Vollbild zulassen>

Weltraumwetterereignisse können auch die Satellitenkommunikation und den GPS-Betrieb stören, auf den viele Menschen angewiesen sind.

Feldumkehrungen

Wissenschaftler kartieren und verfolgen die allgemeine Form und Ausrichtung des Erdmagnetfelds mithilfe lokaler Messungen der Ausrichtung und Stärke des Feldes sowie neuerdings auch Modelle.

Die Position des nördlichen Magnetpols hat sich seit der ersten Messung im Jahr 1831 um etwa 600 Meilen (965 Kilometer) verändert. Die Migrationsgeschwindigkeit ist von 10 Meilen pro Jahr auf 34 Meilen pro Jahr (16 Kilometer bis 54 Kilometer) gestiegen vor Jahren. Diese Beschleunigung könnte den Beginn einer Feldumkehr anzeigen, aber Wissenschaftler können dies anhand von Daten aus weniger als 200 Jahren nicht sagen.

Das Erdmagnetfeld kehrt sich in Zeitskalen zwischen 100.000 und 1.000.000 Jahren um. Wie oft sich das Magnetfeld umkehrt, können Wissenschaftler anhand von Vulkangesteinen im Ozean erkennen.

Diese Gesteine ​​spiegeln die Ausrichtung und Stärke des Erdmagnetfelds bei ihrer Entstehung wider. Die Datierung dieser Gesteine ​​liefert daher ein gutes Bild davon, wie sich das Erdmagnetfeld im Laufe der Zeit entwickelt hat.

Feldumkehrungen erfolgen aus geologischer Sicht schnell, aus menschlicher Sicht jedoch langsam. Eine Umkehrung dauert normalerweise einige tausend Jahre, aber während dieser Zeit kann sich die Ausrichtung der Magnetosphäre ändern und ein größerer Teil der Erde der kosmischen Strahlung ausgesetzt werden. Diese Ereignisse können die Ozonkonzentration in der Atmosphäre verändern.

Wissenschaftler können nicht mit Sicherheit sagen, wann die nächste Feldumkehr stattfinden wird, aber wir können weiterhin die Bewegung des magnetischen Nordpols der Erde kartieren und verfolgen.Die Unterhaltung

Ofer Cohen, außerordentlicher Professor für Physik und Angewandte Physik, UMass Lowell

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *