Stellen Sie sich einen Stabmagneten innerhalb der Erde vor, der mehr oder weniger mit der Achse ausgerichtet ist und dessen Enden nahe am geografischen Nord- und Südpol des Planeten liegen. Die Magnetfeldlinien verlaufen vom Nordpol des Magneten und drehen sich zurück, um zum Südpol zurückzukehren. An jedem Pol sind die Magnetfeldlinien nahezu vertikal.
Während es auf der Erde definitiv keinen Magnetbalken gibt, tritt das gleiche Phänomen auf der Erde auf und schafft laut NASA einen Schutzbereich um den gesamten Planeten, der als Magnetosphäre bezeichnet wird. Die Magnetosphäre der Erde schützt uns vor schädlicher kosmischer Strahlung und Sonnenwind und ist verantwortlich für die wunderschönen Auroralanzeigen in den hohen Breiten der nördlichen und südlichen Hemisphäre.
Die magnetischen und geografischen Pole der Erde liegen einander gegenüber. Mit anderen Worten, der magnetische Südpol der Erde befindet sich tatsächlich in der Nähe des geografischen Nordpols. Wenn wir also einen Kompass verwenden, um unseren Standort zu bestimmen, zeigt die Kompassnadel auf der Nordhalbkugel tatsächlich auf den Südmagnetpol und auf der Südhalbkugel auf den Nordmagnetpol.
Die Magnetpole sind nicht fixiert und wandern in Bezug auf die geografischen Pole ein wenig über die Oberfläche des Planeten. Etwa 75 Prozent der Intensität des Erdmagnetfeldes wird durch den "Magnetbalken" dargestellt. Die anderen 25 Prozent der Intensität des Erdmagnetfelds, die als kleinere Stabmagnete betrachtet werden können, die sich bewegen, stammen von kleineren Teilen des sich bewegenden Magmas und können es den Polen ermöglichen, sich zu bewegen.
Basierend auf Daten, die im Februar 2019 von den Nationalen Zentren für Umweltinformationen veröffentlicht wurden, befindet sich der magnetische Nordpol bei 86,54 N 170,88 E im Arktischen Ozean und führt von Kanada nach Sibirien. Der magnetische Südpol befindet sich bei 64,13 S 136,02 E, direkt vor der Küste der Antarktis in Richtung Australien.
Woher kommt das Feld?
Obwohl dies immer noch ein Rätsel ist, sind sich die Wissenschaftler im Allgemeinen einig, dass das Magnetfeld der Erde tief im Kern des Planeten beginnt. Der äußere Kern des Planeten besteht aus geschmolzenen Metallen, hauptsächlich Eisen, das ein Leiter ist.
"Aufwirbelndes, geschmolzenes Metall im äußeren Kern erzeugt das Feld durch sogenannte Dynamo-Aktion", sagte Aleksey Smirnov, Professor für Geophysik an der Michigan Technological University.
Die Dynamo-Aktion oder die Dynamo-Theorie beschreibt, wie ein Planet ein Magnetfeld aufrechterhalten kann. Der Dynamo oder die Quelle des Magnetfelds wird durch ein rotierendes, konvektierendes und elektrisch leitendes Material wie das geschmolzene Eisen in der Erde erzeugt.
"Es gibt viele ionisierte Atome und freie Elektronen, die herumlaufen, und es gibt eine komplexe Form der Konvektion im Inneren, kombiniert mit der natürlichen Rotation der Erde - es gibt viele sich bewegende Ladungen", sagte Doug Ingram, Physiker und Astronomieprofessor an der Texas Christian University.
Wissenschaftler glauben, dass sich die Ladungen, die durch das sich bewegende metallische Material erzeugt werden, in einer Kreisbewegung um die Äquatorregion der Erde bewegen, die die Nord- und Südmagnetpole an der Oberfläche erzeugt, sagte Ingram.
Warum bewegen sich die Pole?
Der Dynamo der Erde ist hartnäckig, aber instabil. Im Moment ändert sich das Magnetfeld schnell, und der magnetische Nordpol springt plötzlich in Richtung Sibirien. Seit den 1990er Jahren hat sich der magnetische Nordpol laut einer Studie aus dem Jahr 2019, die in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, durchschnittlich um 55 km pro Jahr verschoben.
Störungen im fließenden metallischen Magma könnten laut Smirnov die Ursache für die Instabilitäten im Magnetfeld sein, die zu solchen Polverschiebungen führen können. Die Bewegung des flüssigen Eisens tief unter Kanada kann das Magnetfeld an dieser Stelle leicht schwächen, was es dem Nordmagnetpol ermöglicht, sich in Richtung Sibirien zu bewegen, heißt es in dem Artikel von Nature.
Andere elektromagnetische Anomalien sind auf der ganzen Welt zu beobachten, beispielsweise im südlichen Afrika, wo eine Magnetfeldstörung, ähnlich einem Wirbel in einem Strom, durch einen dichteren Teil des Mantels nahe der Grenze zum flüssigen äußeren Kern des Planeten verursacht werden kann.
Geschichte der Polverschiebung und -umkehr
Während sich die Pole ständig verschieben, haben sie sich laut NASA in den letzten 3 Milliarden Jahren mindestens einige hundert Mal vollständig umgekehrt. Während dieses Prozesses, der typischerweise alle 200.000 bis 300.000 Jahre im Verlauf von jeweils 100 bis einigen tausend Jahren stattfindet, wird das Magnetfeld gequetscht und mit mehreren Polen gezogen, die zufällig über die Erdoberfläche sprießen. Die letzte vollständige Umkehrung erfolgte vor etwa 780.000 Jahren.
Die Geschichte des Magnetfeldes, einschließlich Verschiebungen und Umkehrungen, wird in der geologischen Aufzeichnung belegt. In Gesteinen gefundene Metalle, einschließlich Eisen, richten sich mit dem Magnetfeld aus, bevor sich geschmolzene Gesteine verfestigen, oder als Fragmente, die die mit dem Magnetfeld ausgerichteten Magnetmetalle enthalten und sich in Schichten von Sedimentgesteinen absetzen.
"Da die Erde ein dynamischer und sich ständig verändernder Ort ist, wurden während der gesamten geologischen Zeit ständig neue Gesteine und ihre magnetischen Aufzeichnungen erzeugt", sagte Smirnov und fügte hinzu, dass diese Aufzeichnungen für Millionen oder Milliarden von Jahren aufbewahrt werden können.
Ähnliche Aufzeichnungen finden sich auf dem Boden des Atlantischen Ozeans, wo auf dem mittelatlantischen Kamm ständig neuer Meeresboden geschaffen wird.
"Wenn die Lava an die Oberfläche steigt, wird sie geschmolzen und die in der Lava suspendierten Eisenpartikel orientieren sich in Richtung des vorherrschenden Erdmagnetfelds", sagte Ingram. Wenn sich die Lava verfestigt, werden die Metallablagerungen an Ort und Stelle fixiert und somit eine historische Aufzeichnung der Verschiebungen und Umkehrungen des Erdmagnetfelds erstellt.
Was bedeuten diese wandernden und kippenden Pole für das Leben auf unserem Planeten? Laut NASA gibt es weder für Pflanzen- noch für Tierleben drastische Veränderungen im Fossilienbestand für Pflanzen- oder Tierleben, was darauf hindeutet, dass die Auswirkungen der Polumkehr auf das Leben minimal sind. Obwohl es unter Wissenschaftlern einige Spekulationen gibt, dass in Zeiten verringerter Magnetfeldstärke mehr kosmische Strahlung die Erdoberfläche erreicht und eine erhöhte Rate genetischer Mutationen verursacht und daher der Evolution einen Schub gegeben haben könnte, sagte Smirnov.
