Das Erdmagnetfeld - Ein Schutzschild für die Erde

Unsere Erde ist von einem Magnetfeld umgeben. Dieses Erdmagnetfeld spielt eine wichtige Rolle für das Leben auf der Erde. Zum einen ist es ein Schutzschild gegen Strahlung aus dem All. Und zum anderen wird es von Menschen und Tieren zur Orientierung genutzt.

Illustration Erdmagnetfeld

Die Erde ist von einem Magnetfeld umgeben. Dieses Erdmagnetfeld schirmt die Erde von der kosmischen Strahlung ab. Künstlerische Darstellung des Erdmagnetfelds (nicht massstabsgerecht): NASA/Wikimedia Commons

Was ist das Erdmagnetfeld?

Als Erdmagnetfeld bezeichnet man den Bereich um die gesamte Erde, in dem magnetische Kräfte wirken (über Magneten und magnetische Kräfte kannst du im Artikel „Die geheimnisvolle Kraft der Magnete“ lesen). Das Erdmagnetfeld ist für das menschliche Auge nicht sichtbar. Deshalb zeichnen Wissenschaftler Linien, um den Verlauf des Magnetfelds zu veranschaulichen. Diese Linien werden Magnetfeldlinien genannt.

Was bewirkt das Erdmagnetfeld?

Schutz vor kosmischer Strahlung

Von der Sonne, unserer Milchstrasse und fernen Galaxien gelangt kosmische Strahlung zu unserer Erde. Die kosmische Strahlung besteht aus Teilchen, die so viel Energie besitzen, dass sie das Leben auf der Erde zerstören könnten. Zum Glück bietet das Erdmagnetfeld Schutz vor diesen energiereichen Teilchen. Da das Erdmagnetfeld die ganze Erde umhüllt, werden die Teilchen aus dem All entlang der Magnetfeldlinien um die Erde herum gelenkt und verschwinden wieder im All. An den magnetischen Polen können aber die Teilchen leichter zur Erde gelangen. Deswegen entstehen dort farbenprächtige Polarlichter (hier erfährst du, wie ein Polarlicht entsteht). Wenn die Sonnenaktivität besonders hoch ist, kommt es manchmal vor, dass auch in mittleren Breitengraden (Mitteleuropa) Polarlichter entstehen.

Orientierung von Lebewesen

Manche Tiere besitzen einen Magnetsinn, mit dem sie magnetische Felder wahrnehmen können. Sie nutzen das Erdmagnetfeld, um sich zu orientieren (mehr dazu findest du in unserem Dossier "Orientierung im Tierreich" ). Zu den Tieren, die einen Magnetsinn besitzen, gehören zum Beispiel Bienen, Zugvögel, Meeresschildkröten und Haie. Wir Menschen besitzen keinen Magnetsinn. Jedoch können wir uns mithilfe des Erdmagnetfelds orientieren, indem wir einen Kompass zur Navigation benutzen.

Ein Kompass hilft bei der Orientierung

Ein Kompass hilft beim Wandern oder Segeln bei der Orientierung. Die Kompassnadel zeigt immer nach Norden. Bild: CanStockPhoto

 

 

 

Wie funktioniert ein Kompass?

Ein Magnetkompass besteht aus einem magnetischen Zeiger und einem Gehäuse, in dem sich der Zeiger im Kreis drehen kann. Der Zeiger richtet sich anhand des Erdmagnetfelds aus und zeigt immer zum nördlichen magnetischen Pol (der physikalisch gesehen eigentlich der magnetische Südpol ist). Dieser befindet sich in der Nähe des geografischen Nordpols. So kannst du mit einem Kompass herausfinden, in welcher Richtung der Norden liegt, zum Beispiel während eines Orientierungslaufs. Bei der Schifffahrt oder beim Fliegen hilft der Kompass dem Kapitän oder dem Piloten einen bestimmten Kurs einzuhalten.

Die Schichten der Erde von aussen nach innen: die Erdkruste (hellrot), der Erdmantel (orange), der äussere (hellgelb) aus flüssigem Eisen und der innere Erdkern (gelb) aus festem Eisen. Bild: Jordens/Wikimedia commons, CC-Lizenz

Wie entsteht das Erdmagnetfeld?

Wie genau die Erde aufgebaut ist, erfährst du im Artikel „Reise zum Mittelpunkt der Erde“. Hier reicht es zu wissen, dass der innerste Kern der Erde fest ist, während der äussere Kern, der den inneren umgibt, flüssig ist. Er besteht aus sehr heissem, flüssigem Eisen. Dieses flüssige Eisen ist ständig in Bewegung (warum es sich bewegt, steht in der hellblauen Box), wodurch ein elektrischer Strom entsteht. Fliessender Strom verursacht ein Magnetfeld, ob er durch ein Stromkabel fliesst oder eben im Inneren der Erde. So entsteht aufgrund der Fliessbewegung des flüssigen Eisens das Erdmagnetfeld.

Konvektionsströmung

Bewegung von Flüssigkeiten. Wenn man eine Flüssigkeit von unten erhitzt (rote Pfeile), steigt sie in kühlere Bereiche hoch. Dabei kühlt sie ab und sinkt wieder zu Boden. So kommt es zu einer Fliessbewegung (Konvektionsströmung). Bild: Eyrian/Wikimedia Commons, CC-Lizenz

 

 

 

Die Fliessbewegung der Flüssigkeit im Inneren der Erde

Die Fliessbewegung des flüssigen, eisenhaltigen Materials im Inneren der Erde entsteht durch verschiedene Mechanismen. Zum einen führen Temperaturunterschiede im Erdinneren zu Fliessbewegungen, da flüssiges Material von tieferen heissen Gebieten zu kälteren Bereichen aufsteigt (Konvektionsströmung). Und zum anderen werden die Fliessbewegungen im Inneren der Erde durch die Rotation der Erde um ihre eigene Achse beeinflusst. So bewegt sich das flüssige Material im Erdinneren schraubenförmig. Diese schraubenförmige Bewegung der eisenhaltigen Flüssigkeit führt wiederum dazu, dass ein Magnetfeld entsteht.

Warum richten sich nicht alle metallischen Gegenstände auf der Erde nach dem Magnetfeld aus?

Rein theoretisch sollten sich alle magnetischen Gegenstände nach dem Erdmagnetfeld ausrichten. Da das Erdmagnetfeld aber zu schwach ist, um zum Beispiel ein schweres Auto anzuziehen, bleibt das Auto an der Stelle stehen, an der es geparkt wurde. Zudem ist die Schwerkraft und der Reibungswiderstand gegenüber dem Untergrund so stark, dass nicht alle magnetischen Gegenstände vom Erdmagnetfeld angezogen werden. Aus diesen Gründen werden Kompassnadeln besonders leicht und klein gebaut. Zudem wird die Kompassnadel auf einem Untergrund gelagert, der möglichst reibungsarm ist. Als Trägermaterial für die Magnetnadel werden daher abriebsichere Edelsteine wie Rubin oder Saphir verwendet.

Das Erdmagnetfeld ist nicht starr

Du kannst dir die Erde wie einen riesigen Magneten mit zwei magnetischen Polen vorstellen. Diese Pole werden Nordpol und Südpol genannt. Die magnetischen Pole sind aber nicht mit den geografischen Polen zu verwechseln. So befinden sich die magnetischen Pole der Erde zwar in der Nähe der geografischen Pole, jedoch sind sie etwas verschoben. Die magnetischen Pole sind auch keine starren Orte und ihre Position verändert sich im Verlauf der Zeit. Wissenschaftler gehen sogar davon aus, dass sich die Position der Pole so weit verändern wird, dass es zu einer Umpolung kommen wird. Das heisst, dass der magnetische Nordpol zum Südpol wird und umgekehrt. Die Kompassnadel würde dann nicht mehr nach Norden, sondern nach Süden zeigen. Insgesamt dauert solch eine Umpolung ungefähr 1'000 Jahre und hat in den vergangenen 40 Millionen Jahren etwa 70 Mal stattgefunden.

Mögliche Auswirkungen einer Umpolung

Während einer Umpolung wird das Erdmagnetfeld stark geschwächt und könnte für einen Zeitraum von mehreren hundert Jahren sogar ganz verschwinden. Das Fehlen des Erdmagnetfelds könnte dazu führen, dass ein Teil der kosmischen Strahlung zur Erde gelangt. Das würde die gesamte Luft- und Schifffahrt beeinträchtigen, da GPS-Signale von der einfallenden kosmischer Strahlung gestört würden. Auch ein Einfluss auf das Klima wäre möglich. Bei Tieren, die sich mit Hilfe des Magnetsinns orientieren, könnte es zu Problemen bei der Orientierung kommen. Jedoch haben seit der Entstehung der Erde schon viele Umpolungen stattgefunden und das Leben hat sich bisher immer ungestört weiterentwickelt.

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