Das Erdmagnetfeld ist das Magnetfeld, das die Erde umgibt. Es wird manchmal auch als geomagnetisches Feld bezeichnet.
Das Erdmagnetfeld entsteht durch die Rotation der Erde und des Erdkerns. Es schirmt die Erde gegen schädliche Teilchen im Weltraum ab. Das Feld ist instabil und hat sich im Laufe der Erdgeschichte oft verändert. Das Magnetfeld erzeugt Magnetpole, die sich in der Nähe der geografischen Pole befinden. Ein Kompass nutzt das geomagnetische Feld, um die Richtung zu finden. Auch viele wandernde Tiere nutzen das Feld, wenn sie im Frühjahr und Herbst weite Strecken zurücklegen. Wenn sich die Erde dreht, bewegen sich die beiden Teile des Erdkerns mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, und man nimmt an, dass dies das Magnetfeld um die Erde herum erzeugt und sie wie einen großen Stabmagneten erscheinen lässt.
Charakteristika
Das geomagnetische Feld der Erde wird durch zwei Dinge erzeugt. Die konvektiven Bewegungen im flüssigkeitsleitenden Kern im Zentrum der Erde sind wichtig für die Entstehung des Magnetfeldes. Wenn die Konvektionsbewegungen mit den elektrischen Strömen um die Erde zusammenkommen, entsteht das Magnetfeld. Die Rotation der Erde hält das Magnetfeld aufrecht. Die Wechselwirkung zwischen den Konvektionsbewegungen und den elektrischen Strömen erzeugt einen Dynamoeffekt.
Die Stärke des Magnetfeldes ist in der Nähe der Magnetpole am größten, wo es senkrecht steht. Am schwächsten ist das Feld in der Nähe des Äquators, wo es horizontal verläuft. Die Stärke des Magnetfeldes wird in Gauß gemessen.
Das Magnetfeld hat in den letzten Jahren an Stärke verloren. In den letzten zweiundzwanzig Jahren hat die Stärke des Feldes im Durchschnitt um 1,7 % abgenommen. In einigen Bereichen des Feldes hat die Stärke um bis zu 10 % abgenommen. Die schnelle Abnahme der Feldstärke ist ein Zeichen dafür, dass sich das Magnetfeld umkehren könnte. Diese Umkehrung könnte in den nächsten paar tausend Jahren stattfinden. Es hat sich gezeigt, dass die Bewegung der Magnetpole mit der abnehmenden Stärke des Magnetfelds zusammenhängt.
Bei einer geomagnetischen Umkehrung tauschen der magnetische Nordpol und der magnetische Südpol ihre Plätze. Dies ist im Laufe der Erdgeschichte einige Male geschehen. Die magnetische Umkehr erfolgt, nachdem die Stärke des Feldes Null erreicht hat. Wenn die Stärke wieder ansteigt, nimmt sie in die entgegengesetzte Richtung zu und bewirkt eine Umkehrung der Magnetpole. Die Zeit, die das Magnetfeld für eine Umkehrung benötigt, ist unbekannt, kann aber bis zu zehntausend Jahre dauern. Die magnetischen Umkehrungen der Erde sind in Gesteinen, insbesondere in Basalt, aufgezeichnet. Wissenschaftler glauben, dass die letzte geomagnetische Umkehrung vor 780.000 Jahren stattfand.
Magnetosphäre
Die Magnetosphäre wird durch das Magnetfeld erzeugt. Es ist der Bereich um die Erde, der als Schutzschild gegen die schädlichen Teilchen im Sonnenwind wirkt. Die Magnetosphäre hat viele verschiedene Schichten und Strukturen, und der Sonnenwind formt jede dieser Schichten. Die Wechselwirkung von Sonnenwind und Magnetosphäre ist auch für das Auftreten des Nord- und des Südlichts verantwortlich. Die Magnetosphäre ist sehr wichtig, um die Erde vor Sonnenstürmen zu schützen, die die Aktivität des Sonnenwindes erhöhen. Sonnenstürme können geomagnetische Stürme verursachen, die manchmal schwerwiegende Auswirkungen auf die Erde haben.
Die Bereiche zwischen dem magnetischen Nord- und Südpol sind die Magnetfeldlinien. Diese Linien verlassen die Erde am senkrechten Punkt des Südens und treten durch den senkrechten Punkt des Nordens wieder ein. Diese beiden vertikalen Punkte werden magnetische Neigungspole genannt. Die magnetischen Neigungspole werden im Allgemeinen als Magnetpole bezeichnet. Die Magnetpole schneiden die Erde an zwei Punkten. Der magnetische Nordpol kreuzt die Erde bei 78,3 nördlicher Breite und 100 westlicher Länge. Damit liegt der magnetische Nordpol auf dem Polarkreis. Der magnetische Südpol schneidet die Erde bei 78,3 südlicher Breite und 142 östlicher Länge. Damit befindet sich der magnetische Südpol in der Antarktis. Die Magnetpole sind auch die Orte, an denen die Magnetfelder am stärksten sind.
Magnetpole der Erde
Magnetischer Nordpol
Der magnetische Nordpol ist der Punkt auf der Nordhalbkugel der Erde, an dem das Magnetfeld des Planeten senkrecht nach unten zeigt. Es gibt nur einen Ort, an dem dies der Fall ist, und zwar in der Nähe des geografischen Nordpols (aber nicht an diesem).
Sein Gegenstück auf der Südhalbkugel ist der magnetische Südpol. Da das Magnetfeld der Erde nicht exakt symmetrisch ist, geht eine Linie, die von einem zum anderen gezogen wird, nicht durch den geometrischen Mittelpunkt der Erde.
Der magnetische Nordpol bewegt sich im Laufe der Zeit aufgrund von magnetischen Veränderungen im Erdkern. Im Jahr 2001 befand er sich in der Nähe von Ellesmere Island im Norden Kanadas bei 81°18′N 110°48′W / 81.3°N 110.8°W. Seit 2015 wird angenommen, dass sich der Pol über den kanadischen Territorialanspruch in der Arktis hinaus nach Osten auf 86°18′N 160°00′W / 86,3°N 160,0°W verschoben hat.
Die magnetischen Nord- und Südpole der Erde sind auch als magnetische Neigungspole bekannt, was sich auf die vertikale „Neigung“ der Magnetfeldlinien an diesen Punkten bezieht.
Umkehrungen des Erdmagnetfeldes
Die Erde ändert ihre Magnetpole alle eine Million Jahre (plus oder minus 250.000 Jahre). Vor einem Magnetfeldwechsel wird das Erdmagnetfeld schwächer und bewegt sich, wie ein Kreisel, bevor er fällt. Die Erde hat bereits Hunderte von Veränderungen (Flip Flops) erlebt. Die Wissenschaftler wissen dies aufgrund von Untersuchungen des Magnetismus auf dem Meeresboden in der Nähe des mittelatlantischen Rückens. Die Lava bewegt sich langsam aus dieser Spalte (Lücke im Meeresboden) heraus und kühlt dann mit ihren Eisenoxidmolekülen ab, die alle in die neue Richtung des Erdmagnetfeldes zeigen. Wir können uns die Geschichte dieses Magnetfelds heute ansehen, um die vielen Umkehrungen in der Vergangenheit zu verstehen.
Umkehrungen treten in Abständen von weniger als 0,1 Millionen Jahren bis zu 50 Millionen Jahren auf. Die jüngste geomagnetische Umkehrung, die so genannte Brunhes-Matuyama-Umkehrung, fand vor etwa 780.000 Jahren statt. Eine weitere globale Umkehrung des Erdmagnetfeldes, das so genannte Laschamp-Ereignis, ereignete sich während der letzten Eiszeit (vor 41.000 Jahren). Wegen ihrer kurzen Dauer wird sie jedoch als „Exkursion“ bezeichnet.
Wandernde Tiere
Tiere, die lange Wanderungen unternehmen, können sich am Magnetfeld orientieren.
Einige wandernde Tiere kennen ihren Standort anhand der Feldstärke. Sie kennen die Zeit aufgrund der zirkadianen Rhythmen, die das Feld erzeugt. Zugtiere werden mit einer magnetischen Karte im Kopf geboren, die es ihnen ermöglicht, große Entfernungen sicher zurückzulegen. Ihre Fähigkeit, das Magnetfeld zu spüren, verdanken sie magnetischen Partikeln. Andere Tiere haben einen chemischen Kompass, der auf einem Radikalpaar-Mechanismus beruht.
Bilder für Kinder
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Computersimulation des Erdfeldes in einer Periode normaler Polarität zwischen Umkehrungen. Die Linien stellen Magnetfeldlinien dar, die blau sind, wenn das Feld zum Zentrum hin zeigt, und gelb, wenn es vom Zentrum weg zeigt. Die Rotationsachse der Erde ist zentriert und vertikal. Die dichten Ansammlungen von Linien befinden sich im Erdkern.
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Hintergrund: eine Reihe von Spuren von Magnetobservatorien, die einen Magnetsturm im Jahr 2000 zeigen. Globus: Karte mit Standorten von Observatorien und Konturlinien, die die horizontale magnetische Intensität in μ T angeben.
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Geschätzte Deklinationskonturen nach Jahr, 1590 bis 1990 (klicken Sie, um die Variation zu sehen).
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Variationen im virtuellen axialen Dipolmoment seit der letzten Umkehrung.
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Ein Schema, das die Beziehung zwischen der Bewegung eines leitenden Fluids, das durch die Corioliskraft zu Walzen organisiert wird, und dem durch diese Bewegung erzeugten Magnetfeld veranschaulicht.
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Ein Modell der kurzwelligen Merkmale des Erdmagnetfeldes, das auf lithosphärische Anomalien zurückgeführt wird.
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