Kurzeinführung ins Erdmagnetfeld - Woher es kommt und was es tut – das Magnetfeld unserer Erde

Ums es vorwegzunehmen: Eine abschließend anerkannte Theorie der Entstehung des Erdmagnetfeldes gibt es nicht. Vielmehr konkurrieren mehrere Hypothesen miteinander. Dennoch wird in weiten Kreisen der Wissenschaft eine dieser Theorien bevorzugt. Diese soll hier in ihren Grundzügen kurz dargelegt werden.

Man spricht bei dem Prozess, der das Magnetfeld erzeugt auch vom sogenannten Geodynamo. Ähnlich wie bei einem Dynamo, wird im Erdinnern durch Bewegung ein elektrisches Feld induziert.

Seinen Ausgang nimmt das irdische Magnetfeld im Erdkern. Dieser besteht aus einem festen, inneren Kern aus Eisen und einem flüssigen, äußeren Kern aus geschmolzenem Eisen, dem vermutlich Silizium, Sauerstoff und Schwefel beigemischt sind. Die Temperaturen im Erdkern entsprechen Schätzungen zufolge in etwa denen, die auf der Sonnenoberfläche herrschen und liegen damit bei ungefähr 5.000 Grad Celsius. Dass der innere Erdkern dennoch nicht flüssig ist, könnte sich aus dem enormen Druck erklären, der dort herrscht.

Auch die Vorstellung des flüssigen, äußeren Erdkerns muss etwas korrigiert werden. Was wir im Allgemeinen als flüssigen Zustand bezeichnen, trifft es im Fall des Erdkerns nicht ganz. Die Fließgeschwindigkeit liegt dort bei wenigen Metern im Jahr. Der Begriff "flüssig" wird hier analog zum physikalischen Fachbegriff der Viskosität benutzt. Wenn man weiß, dass selbst Glas einen gewissen Grad an Viskosität aufweist, kann man sich den Begriff "flüssig" in Bezug auf den äußeren Erdkern vielleicht etwas besser veranschaulichen. Zur Erläuterung: Dass Glas tatsächlich eine Fließgeschwindigkeit besitzt, kann man an sehr alten Kirchenfenstern sehen. Die Scheiben sind dort am unteren Rand erkennbar dicker, als weiter oben, Das erklärt sich dadurch, dass das Glas im Lauf der Jahrhunderte der Schwerkraft folgend nach unten geflossen ist.

Der genaue Vorgang, der zur Entstehung des Magnetfeldes führt, ist höchst kompliziert und kann im Detail hier nachgelesen werden. Ich möchte mich aus Gründen der Konsumierbarkeit des Artikels auf eine Kurzfassung der Erklärung beschränken:

Grob gesagt steigt heißes Material aus dem Erdkern nach oben und kühleres sinkt nach unten. Diese stetige Umwälzung von Material wird Konvektion genannt. Das heiße, aufsteigende Material trägt eine gewisse elektrische Ladung und der Umwälzprozess erzeugt daraus ein elektromagnetisches Feld. Dieses wird auf komplizierte Weise weiter verstärkt, indem die Konvektionsströme durch die Rotation der Erde und vermutlich auch einige andere Kräfte abgelenkt und in sich verdreht werden.

Manchmal wandern die Pole - Was Geologen über vergangene Umpolungen wissen

Es ist eine in der Öffentlichkeit wenig bekannte Tatsache, dass die magnetischen Pole nicht stetig am gleichen Ort verharren. Noch vor 100 Millionen Jahren hätten wir mit einem heutigen Kompass ernste Orientierungsprobleme bekommen.

Dass in der Vergangenheit schon häufig ein Austausch der magnetischen Pole stattgefunden hat, ist wissenschaftlich gut dokumentiert. Man spricht bei einem solchen Tausch von magnetischen Nord- und Südpol auch von einem Polsprung. Das Wort Sprung suggeriert allerdings eine Plötzlichkeit, die normalerweise so nicht gegeben ist. Tatsächlich dauert ein solcher Prozess in der Regel bis zu 10.000 Jahre.

Nachweisen lassen sich die vergangenen Polsprünge, wenn man die magnetische Polarisierung von altem Vulkangestein analysiert. Schmilzt eisenhaltiges Gestein und kühlt anschließend wieder ab, konserviert es die zu diesem Zeitpunkt herrschende Polarisierung. Anhand zahlreicher Untersuchungen wissen wir heute, dass es in der Vergangenheit durchschnittlich alle 250.000 Jahre zu einem Polsprung gekommen ist.

Interessanterweise fand die letzte Umpolung vor 780.000 Jahren statt. Das würde bedeuten, dass ein neuerlicher Polsprung längst überfällig wäre.

Tatsächlich gibt es zahlreiche Hinweise darauf, dass wir uns derzeit in genau solch einer Phase befinden. Nachweislich nimmt die Stärke des Magnetfeldes momentan ab, was als Zeichen eines bevorstehenden Polsprungs gewertet wird. Schätzungen zufolge dürfte dieses Szenario in 3.000 – 4.000 Jahren eintreffen. Genau lässt sich der Zeitpunkt des Polsprung aber natürlich nicht voraussagen.

Pro und Kontra Katastrophenszenario - Wie bedrohlich ist ein Polsprung für die Menschheit?

Katastrophenszenarien über die Zeit während eines Polsprungs beziehen sich meist auf die Annahme, dass eine dramatische Abschwächung des Magnetfeldes im Zuge dieser Veränderung die Erde schutzlos dem Sonnenwind preisgibt. Die Folgen wären dann das Versagen der weltweiten Kommunikationssysteme, die Orientierungslosigkeit von Tierarten, die sich am Magnetfeld orientieren (Fledermäuse, Zugvögel, etc.) und gefährliche Beeinflussungen unserer DNA durch kosmische Strahlung.

Gegner dieser Untergangszenarien führen allerdings sehr zu Recht einige Argumente ins Feld, die dagegen sprechen. Es wird bemängelt, dass die Katastrophentheorie von einem sehr plötzlichen Ereignis ausgeht, die bekannten Fakten aber bisher stets eine Phase von 4.000 bis 10.000 Jahren für einen Polsprung belegten. Schädigende Wirkungen, etwa auf den Orientierungssinn von Tieren könnten somit durch eine allmähliche evolutionäre Anpassung an die sich verändernden Bedingungen verhindert werden. Auch zeigten sich an den Übergängen von Sedimentschichten aus Zeiten früherer Polsprünge, dass zwar im Bereich der Kleinstlebewesen Artenwechsel stattgefunden haben, nicht jedoch bei größeren Lebewesen. Große Aussterbeereignisse zumindest fallen zeitlich nicht mit Periode zusammen, in denen Polsprünge stattgefunden haben.

Neue Nahrung erhalten die Katastrophenszenarien jedoch durch neuere wissenschaftliche Erkenntnisse. Zumindest glauben zwei amerikanische Wissenschaftler, Hinweise dafür gefunden zu haben, dass Polsprünge doch wesentlich schneller ablaufen können, als bisher bekannt war. Demnach wäre eine Umpolung sogar innerhalb nur weniger Jahre möglich. Ein so kurzer Zeitraum würde natürlich jegliche natürliche Anpassung unmöglich machen.

Grund zu dieser Annahme sind Untersuchungen von 16 Millionen Jahre alten, erkalteten Lavaströmen im US Bundesstaat Nevada. Da es dort damals zweimal innerhalb eines Jahres zum Aufschmelzen des Gesteins kam, konnte man feststellen, dass sich das Magnetfeld zwischen beiden Ereignissen um ganze 53 Grad gedreht hatte. Viele Fachkollegen sind zwar der Ansicht, dass es sich dabei auch um ein lediglich lokal begrenztes Phänomen handeln könnte, bleiben einen Beweis für diese Behauptung aber schuldig. Im Gegensatz dazu sind besagte Wissenschaftler seither auf der Suche nach Beweisen dafür, dass es sich doch um ein globales Ereignis gehandelt hat. Das Ergebnis dieser Suche ist noch offen.

Bereits 1995 fand man durch ähnliche Untersuchungen sogar Hinweise auf eine Feldumkehrung innerhalb nur eines Monats. Da aber dieses Ergebnis vollkommen von der damaligen Lehrmeinung abwich, wurde es schlicht ignoriert. Im Lichte der Untersuchungen in Nevada wurde jedoch inzwischen auch diese Spur wieder aufgenommen.

Wir wollen hoffen, dass sich diese Messergebnisse letztlich nicht bestätigen, denn wenn sie es tun, müssten wir uns wohl doch mit der theoretischen Möglichkeit einer globalen Katastrophe durch einen Polsprung auseinandersetzen.

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Rene_Junge, am 23.10.2012
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Bildquelle:
johannes flörsch (Wie finde ich die Sternschnuppen der Perseiden 2016?)
Karin Scherbart (Wie macht man einen Regenbogen selbst?)

Autor seit 4 Jahren
31 Seiten
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