Erde – Magnetfeld

Schematische Darstellung des Erdmagnetfeldes (Universität Bremen / gemeinfrei)
Schematische Darstellung des Erdmagnetfeldes (Universität Bremen / gemeinfrei)

Das Erdmagnetfeld ist ein hochkomplexes und sehr dynamisches System. Aus einiger Entfernung zur Erdoberfläche betrachtet, weist es die Form eines magnetischen Dipols auf, es ähnelt also dem Magnetfeld eines Stabmagneten, wie hier nebenstehend zu sehen ist. Mit zunehmender Entfernung von der Erde wird das Magnetfeld mehr und mehr durch den Sonnenwind verformt. Es ist derzeit grob entlang der geografischen Nord-Süd-Richtung ausgerichtet. Weil die magnetischen Feldlinien in der südlichen Hemisphäre aus der Erdoberfläche austreten und in der nördlichen Hemisphäre wieder in sie eintreten, befindet sich am geomagnetischen Nordpol in der Arktis physikalisch gesehen ein magnetischer Südpol. Aus der Illustration geht auch hevor, dass sich zusätzlich zur horizontalen Komponente des Magnetfeldes auch eine vertikale Komponente bemerkbar macht. Die magnetischen Feldlinien treten nur an den Magnetpolen in einem 90-Grad-Winkel in die Oberfläche ein, beziehungsweise aus der Oberfläche aus. Je näher man sich am Äquator befindet, desto mehr nähert sich dieser so genannte Inklinationswinkel dem Wert von Null Grad.

Die magnetischen Pole des Erdmagnetfeldes stimmen aber nicht genau mit den geografischen Polen überein. Zudem unterliegen die magnetischen Pole einer kontinuierlichen Bewegung, deren Richtung und Geschwindigkeit sich ständig ändern. Derzeit bewegt sich der magnetische Südpol mit einer Geschwindigkeit von etwa 90 Metern pro Tag (circa 30 Kilometer pro Jahr) in Richtung Nord-Nordwest. Die Achse des Magnetfeldes ist um 11,5 Grad gegen die Rotationsachse der Erde geneigt und verläuft auch nicht exakt durch den Erdmittelpunkt, sondern in einer Entfernung von rund 450 Kilometern an ihm vorbei. Die Stärke des Magnetfeldes ist ebenfalls abhängig vom Standort des Beobachters: an den Magnetpolen ist es mit 60 Mikrotesla ungefähr doppelt so stark wie am Äquator (rund 30 Mikrotesla).

Schematische Darstellung des Erdmagnetfeldes. Innerhalb des Erdmantels wird das Magnetfeld so komplex, dass es nicht mehr mit einem Dipolfeld beschrieben werden kann. (Gary A Glatzmeier, National Science Foundation)
Schematische Darstellung des Erdmagnetfeldes. Innerhalb des Erdmantels wird das Magnetfeld so komplex, dass es nicht mehr mit einem Dipolfeld beschrieben werden kann. (Gary A Glatzmeier, National Science Foundation)

Links: Die genauere Simulation der magnetischen Feldlinien zeigt jedoch, dass das Erdmagnetfeld nur im äußeren Bereich mit einem Dipolfeld verglichen werden kann. Im Erdmantel verliert es mit zunehmender Tiefe seinen Dipolcharakter und kann nur noch durch ein Mehrpolfeld hinreichend genau beschrieben werden.

Rund 95 Prozent der magnetischen Feldstärke an der Erdoberfläche stammen aus dem Hauptfeld, dessen Ursprung der Erdkern ist (siehe unten). Jeweils ungefähr zwei Prozent entfallen auf die hohen Schichten der Magnetosphäre und Ionosphäre, sowie auf magnetische Anomalien in der oberen Erdkruste. Bei letzteren handelt es sich um magnetisiertes Gestein oder Gestein mit hoher Magnetisierbarkeit in Tiefen von maximal 20 Kilometern.

Die Ausrichtung des Erdmagnetfeldes kehrt sich nach durchschnittlich einer Viertel Million Jahren um. Aktuelle Studien deuten darauf hin, dass in geologisch naher Zukunft (in etwa 1.000-2.000 Jahren) die nächste Umkehr des des Erdmagnetfeldes stattfinden wird. Vergangene Polsprünge lassen sich gut anhand von entsprechend alter, erstarrter Magma nachvollziehen, da sie die aktuelle Ausrichtung der Magnetfelder zum Erstarrungszeitpunkt konserviert.