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Polumkehr auf der Erde : Wenn der Kompass kopfsteht

Diese Bilderstrecke zeigt Ausschnitte einer 3D-Computersimulation des Erdmagnetfelds vor ... Bild: Gary A. Glatzmaier und Paul H. Roberts

Das Erdmagnetfeld schützt uns vor der Strahlung aus dem All. Was geschähe, wenn es sich plötzlich umkehrte?

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          Normalerweise sorgen an Halloween schaurige Outfits für mulmige Gefühle. 2003 reichte dafür allerdings auch ein Blick auf die Sonne. Ende Oktober und Anfang November jenes Jahres feuerte sie tagelang Salven energiereicher Teilchen auf die Erde. Daraufhin fiel im schwedischen Malmö der Strom aus, und über Nordkanada durften keine Passagierflugzeuge mehr fliegen, weil die Anlagen der Luftüberwachung nicht mehr funktionierten. Auch satellitengestützte Navigationssysteme setzten zeitweise aus. Ursache dieser Probleme war das durch die Sonnenteilchen zusammengestauchte Erdmagnetfeld, das keinen ausreichenden Schutz mehr bot.

          Wie wichtig der weltumspannende Magnetschirm für uns hier auf der Erde ist, zeigt sich erst dann, wenn er einmal schwächelt. Die Halloween-Stürme vor dreizehn Jahren sind nur ein Beispiel. Bekannter ist das sogenannte Carrington-Ereignis, der bisher stärkste überlieferte magnetische Sturm. Er wütete Anfang September 1859 und ließ selbst über Hawaii und Havanna Polarlichter aufleuchten. In höheren Breiten schlugen Funken aus Telegrafenleitungen, Telegrafenpapiere fingen Feuer. Wer die Geräte anfasste, bekam einen heftigen Stromschlag versetzt.

          Ein Dynamo aus heißem Eisen

          Doch nicht nur starke Sonnenstürme können das Erdmagnetfeld schwächen, sondern auch Veränderungen, bei denen das Feld seine Polarität umkehrt: Magnetischer Nord- und magnetischer Südpol tauschen die Plätze, und während sie das tun, schrumpft die schützende Hülle. Ausgelöst wird eine solche Polumkehr durch Prozesse tief im Inneren des Planeten. Im äußeren Erdkern zirkuliert geschmolzenes Eisen, das in zähflüssigen Strömen aufwallt, wieder abkühlt, absinkt und erneut aufwallt, wobei es infolge der Erddrehung obendrein noch rotiert. Da das Eisen elektrisch leitfähig ist, wirkt es ähnlich wie die drehende Spule in einem Fahrraddynamo, es fließen Ströme, und diese wiederum erzeugen Magnetfelder. Dieser Dynamoeffekt ist für das geomagnetische Hauptfeld verantwortlich. Weitere, deutlich kleinere Anteile des irdischen Magnetfelds werden von magnetisierten Gesteinen in der Erdkruste beigesteuert, außerdem von elektrischen Strömen in der Magneto- und Ionosphäre sowie von Ozeanströmungen.

          ... während ...
          ... während ... : Bild: Gary A. Glatzmaier und Paul H. Roberts

          In Lehrbüchern wird das Erdmagnetfeld oft als Dipol beschrieben. Doch das wird seiner realen Form nur näherungsweise gerecht. „Das sind sehr komplexe Strukturen“, sagt der Geophysiker Karl-Heinz Glaßmeier von der Technischen Universität Braunschweig. Das Dipolmoment überwiegt, aber es wird von einem ganzen Spektrum sogenannter Multipolmomente ergänzt. Das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten dieses Spektrums entscheidet darüber, wie stark die gemessene Dipolstärke an der Erdoberfläche ist. Und dieses Zusammenspiel verändert sich im Laufe der Zeit und verschiebt dabei die magnetischen Pole. Zurzeit wandert der nördliche magnetische Pol von Nordkanada aus auf den geographischen Nordpol zu. In einigen Jahren wird er vermutlich irgendwo in Sibirien liegen.

          Winzige Kompassnadeln im Gestein

          Das Magnetfeld und seine Entwicklung werden heute auf verschiedene Weise beobachtet. „Kontinuierliche Messungen sind sehr wichtig“, sagt Claudia Stolle, die Leiterin der Erdmagnetfeldsektion am Geoforschungszentrum Potsdam. Über den ganzen Globus verteilt, messen Observatorien die Stärke des Erdfeldes. Zusätzlich wird es von Satelliten aus dem All im Blick behalten, die eine flächendeckende Messung auch über den Ozeanen garantieren. Doch so eifrig die Geophysiker heute auch messen, im Detail verstanden ist das Erdmagnetfeld noch lange nicht. Denn anders als bei Jules Verne, wo der Romanheld in einen Vulkankrater klettert, um zum Mittelpunkt der Erde zu wandern, muss zur Erkundung des Erdinneren und damit zur Erkundung der Ursprünge des Erdmagnetfelds ein erheblicher Aufwand betrieben werden. Paläomagnetische Daten sollen Auskunft darüber geben, wie sich das Erdmagnetfeld in der Vergangenheit verhalten hat, damit man Prognosen über seine Zukunft anstellen kann.

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