Magnetfeld der Erde

Das Magnetfeld der Erde

Dass sich eine Kompassnadel oder ein beweglich gelagerter Magnet immer so ausrichtet, dass sein Nordpol nach Norden zeigt, hat seine Ursache im Magnetfeld der Erde. Die Erde erzeugt ein Magnetfeld, welches seine Hauptursache in den Bewegungen innerhalb des flüssigen Erdkerns hat. Dieses Magnetfeld ähnelt dem eines Stabmagneten, der sich leicht schräg zur Erdachse im Inneren der Erde befinden würde:

Abbildung folgt

Dass der Nordpol eines Magneten nach Norden zeigt, scheint zunächst widersprüchlich zu sein – schließlich wissen wir, dass sich gleichartige Pole abstoßen.

Doch das, was wir Nordpol nennen ist nicht der magnetische Nordpol, sondern der geografische Nordpol. Magnetisch gesehen ist dort – bzw. in der Nähe des geografischen Nordpols – der magnetische Südpol.

Im Bild oben erkennst Du, dass das Magnetfeld etwas schräg zur Rotationsachse steht und dass sich der magnetische Südpol etwas versetzt zum geografischen Nordpol befindet. Daher zeigt der Nordpol einer Kompassnadel immer in die Nähe des geografischen Nordpols, zum magnetischen Südpol, der im Norden Kanadas liegt – etwa 1000 km vom geografischen Nordpol entfernt.

Die Abweichung der Stellung der Kompassnadel vom geografischen Nordpol nennt man Deklination oder Missweisung. Sie beträgt bei uns etwa 2°. Je weiter man sich einem der Pole nähert, umso größer wird sie.

Wie man erkennt, verlaufen die magnetischen Feldlinien am Äquator und annähernd auch in unserer Region parallel zur Erdoberfläche. Wir halten einen Kompass entsprechend waagerecht. Genau genommen müssten wir ihn ein wenig schräg halten. An den Polen jedoch verlaufen die Feldlinien praktisch senkrecht zur Erdoberfläche. Dort wäre ein Kompass nutzlos – zum einen aufgrund der Deklination, zum anderen aufgrund des Verlaufs der Feldlinien.

Die Abweichung der magnetischen Feldlinien gegen die Horizontale wird als Inklination bezeichnet.

Die Abbildung oben zeigt eine vereinfachte und idealisierte Form des Magnetfeldes. Tatsächlich wird das Erdmagnetfeld stark deformiert durch den sog. Sonnenwind. Dabei handelt es sich um geladene Teilchen, die von der Sonne in den Weltraum geschleudert werden und mit sehr hoher Energie bzw. Geschwindigkeit auf die Erdatmosphäre treffen.

Das Erdmagnetfeld wird dadurch auf der sonnenzugewandten Seite gestaucht und auf der sonnenabgewandten Seite weit in den Weltraum hinein gestreckt.

Wie stark ist das Erdmagnetfeld?

Verglichen mit dem Magnetfeld eines Stabmagneten, wie wir ihn im Unterricht verwendet haben, ist das Magnetfeld der Erde sehr schwach.

Wenn wir einen Stabmagneten einem Kompass nähern, so richtet sich die Kompassnadel nach dem Magnetfeld des Stabmagneten aus, da dieses bereits in einem Abstand von ca. 10-20 cm stärker ist als das Erdmagnetfeld. Ansonsten müssten ja auch alle Körper aus ferromagnetischen Stoffen ständig eine vergleichbare Kraft erfahren wie in der Nähe eines Stabmagneten.

Vielleicht hast Du schon einmal die Einheit für die magnetische Feldstärke “Tesla” gehört.

Zum Vergleich:

Die Stärke des Magnetfeldes eines Stabmagneten beträgt an seinen Polen etwa 100 mT (Millitesla). Das Magnetfeld der Erde hat in Deutschland eine Stärke von etwa 20 μT (Mikrotesla). Ein Mikrotesla ist ein Tausendstel Millitesla.

An den Polen ist auch das Magnetfeld der Erde stärker als bei uns – es beträgt dort ca. 60 μT. Das ist aber noch immer etwa 1000-mal schwächer als das Magnetfeld eines üblichen Magneten im Alltag in Polnähe.

Das Magnetfeld der Erde verändert sich

Sowohl die Stärke als auch die Ausrichtung des Erdmagnetfeldes ist zeitlichen Schwankungen unterworfen. So wandern auch die Magnetpole, und im Laufe von Jahrtausenden kehrt sich das Magnetfeld sogar um. Solche Polsprünge gab es schon mehrere Male, sie treten im Mittel etwa alle 250.000 Jahre auf. Der letzte Polsprung ist jedoch schon 780.000 Jahre her. Das weiß man durch die Untersuchung von magnetischem Gestein.

Solche Polsprünge geschehen aber nicht von heute auf morgen, sondern dauern in der Regel Jahrhunderte oder Jahrtausende.

Brauchen wir das Magnetfeld der Erde?

Da wir keinen Sinn für Magnetfelder haben, würden wir es unmittelbar gar nicht bemerken, wenn das Erdmagnetfeld plötzlich verschwinden würde.

Ein Kompass würde nicht mehr funktionieren, aber inzwischen haben wir ja andere, bessere Hilfsmittel zur Navigation.

Vermutlich orientieren sich aber viele Tiere (Zugvögel, Brieftauben) am Erdmagnetfeld.

Doch auch wir benötigen das Erdmagnetfeld – es schützt uns nämlich vor gefährlichen Strahlen aus dem Weltall. Der Sonnenwind (s.o.) und andere hochenergetische geladene Teilchen werden durch das Magnetfeld der Erde zu einem großen Teil von der Erdoberfläche ferngehalten. Ohne diese Schutzwirkung wären wir diesen Teilchen schutzlos ausgeliefert, was zu gesundheitlichen Problemen (Krebs etc.) führen würde.

Auch viele technische Geräte, von denen immer mehrere Bereiche unseres täglichen Lebens abhängen, können durch diese Strahlung gestört werden oder fallen aus, wenn die Strahlungsbelastung zu groß wird.

Treffen diese Teilchen auf das Magnetfeld der Erde, so werden sie auf spiralförmigen Bahnen auf den Feldlinien in Richtung der Pole abgelenkt und treten erst dort in die Erdatmosphäre ein. Das führt zu Leuchterscheinungen, da die Teilchen die Luftmoleküle in der Atmosphäre zum Leuchten anregen. Man nennt sie Polarlichter.

Weitere Informationen zum Erdmagnetfeld findest Du bei Wikipedia.