Forschung 10.03.2000, 17:24 Uhr

Magnetfeld der Erde verliert an Stärke

Das Magnetfeld der Erde wird schwächer. Was bedeutet das für Mensch und Umwelt, was für Satelliten und Navigation?

Menschen haben keinen Sinn für das Magnetfeld – dabei hat es vielfältigen Einfluss auf das Leben. Ohne Kompass wäre über Hunderte von Jahren die Navigation nur sehr ungenau gewesen. Zudem lenkt das Magnetfeld den „Sonnenwind“ von der Erde ab und schützt vor schädlicher, harter Teilchenstrahlung aus dem Weltraum. Vögel, zahlreiche Insekten und auch Mikroorganismen orientieren sich am Magnetfeld.
„Erdmagnetische Variationen: Raum-zeitliche Variationen, Prozesse und Wirkungen auf das System Erde“ – hinter diesem sperrigen Titel eines neuen Programms der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) steckt ein brisantes Thema. Aus der Erforschung des Magnetfelds ziehen Geowissenschaftler grundlegende Erkenntnisse über die geologische Entwicklung der Erde. Das Magnetfeld ist nicht stabil, es kann sich umpolen und zwischenzeitlich auf sehr niedrige Werte abfallen. Im Laufe der Erdgeschichte hat es sich immer wieder umgepolt – Nord- und Südpol wurden vertauscht.
Gegenwärtig scheint die Erde wieder einer solchen Phase entgegenzusteuern. Beobachtungen und Messungen zeigen nach Angaben des Geoforschungszentrums Potsdam, dass das Magnetfeld schwächer wird – in den vergangenen 300 Jahren um rund 10 %. Regional kann die Abnahme noch stärker sein, so reduzierte sich die Feldstärke im Südatlantik in nur 20 Jahren um 10 %. Bereits heute erfahren Satelliten unter 1000 km Flughöhe 90 % ihrer Schädigungen durch hoch energetische Teilchen im Bereich dieser südatlantischen Anomalie.
Bei Fortsetzung des Trends wäre somit in etwa 2000 Jahren mit einem Kollaps des Magnetfeldes zu rechnen. „Unsere Kenntnisse über die Prozesse, die das Erdmagnetfeld steuern, sind aber noch so unvollkommen, dass Prognosen über die weitere Entwicklung nicht möglich sind“, betonte Prof. Heinrich Soffel, Leiter des Instituts für Allgemeine und Angewandte Geophysik der Universität München, auf der Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft kürzlich in München.Vor 6000 Jahren war das Magnetfeld bereits einmal schwächer als heute, aber es erholte sich wieder, ehe vor 3000 Jahren der bis heute anhaltende Abwärtstrend einsetzte.
Das DFG-Programm soll mehr Klarheit bringen. Bis 2005 stehen pro Jahr 2 Mio. DM zur Verfügung. Ziel ist, die Prozesse besser zu verstehen, die tief im Erdinneren das Magnetfeld erzeugen und seine Änderungen steuern. Aus dem Verhalten von Erdbebenwellen, die durch die Erde laufen, schließen Seismologen, dass um den Erdkern eine flüssige Schale aus einer Eisen-Nickel-Legierung existieren muss. In dieser Zone zwischen 2900 km und 5100 km Tiefe bilden sich Konvektionsströmungen aus, die durch die Rotation der Erde spiralförmig verdreht werden. Die Theorie geht davon aus, dass in solchen Strömungen kleinste magnetische Felder, die zufällig durch Instabilitäten auftreten, sich selbst verstärken können. Durch Strecken und Verwinden der Magnetlinien entstehen zusätzliche elektrische Ströme, die wiederum neue magnetische Felder erzeugen. Die Energie für den Antrieb des Geodynamos kommt aus dem Erdkern. Die radioaktive Zerfallswärme liefert ständig eine Leistung von 1000 Gigawatt nach.
Vor kurzem konnte diese Dynamotheorie experimentell untermauert werden. Am Forschungszentrum Karlsruhe und an der Universität Riga gelang der Nachweis, dass ein Geodynamo wirklich funktioniert. In einem Versuchsaufbau, der mit flüssigem Natrium die Materieströme im Erdinneren simulierte, wurde demonstriert, dass sich allein aus der Strömung des flüssigen Metalls ein Magnetfeld aufbaut. Fortschritte erhoffen sich die Geowissenschaftler von dem Forschungssatelliten „Champ“, der demnächst starten und in 450 km Höhe die Erde fünf Jahre umkreisen soll. Er wird ein Bild des Erdmagnetfeldes und seiner kurzfristigen Änderungen in einer bisher nicht erreichten Genauigkeit liefern. An diesen Daten kann überprüft werden, inwieweit Modellrechnungen des Erddynamos stimmen.
Informationen über die langperiodischen Änderung des Magnetfeldes in der Vergangenheit sind in den Gesteinen gespeichert. Magnetische Eisenoxidpartikel werden bei der Bildung von Sedimenten und bei der Abkühlung von vulkanischen Gesteinen nach dem Magnetfeld ausgerichtet. Damit wird der Zustand des Magnetfeldes während der Gesteinsbildung gewissermaßen eingefroren. Solch paläomagnetischen Untersuchungen zeigen, dass im Laufe der Erdgeschichte Umpolungen des Magnetfeldes relativ häufig aufgetreten sind. In den letzten 15 Mio. Jahren geschah es im Schnitt alle 200 000 Jahre, zum letzten Mal vor 780 000 Jahren. Rein statistisch ist also eine erneute Umkehr überfällig.
Während einer solchen Phase, die sich über 1000 bis 8000 Jahre hinzieht, kann es zu einer völligen Umgestaltung des Magnetfeldes kommen. Statt eines Dipolfeldes wie jetzt, das der Form eines Stabmagneten mit Nord- und Südpol entspricht, können sich ein Quadrupol oder noch kompliziertere Konfigurationen ausbilden. Bedeutsamer wäre aber ein Rückgang der Feldintensität um 50 % bis 90 %. Der Sonnenwind, der durch die jetzige Magnetosphäre weiträumig abgelenkt wird, könnte viel heftiger auf die Erde einwirken. Satelliten und technische Systeme am Erdboden würden durch induzierte magnetische Stürme stärker in Mitleidenschaft gezogen. Ein gravierender Effekt wäre auch ein erhöhter Ozonabbau durch vermehrte Stickoxidbildung in der Stratosphäre. Das könnte möglicherweise klimatische Auswirkungen haben. HANS DIETER SAUER/cf
Nicht nur Piloten und Kapitäne navigieren mit Hilfe des Erdmagnetfeldes, auch Vögel, Insekten und Bakterien wären ohne Magnetfeld orientierungslos. Am Forschungszentrum Karlsruhe simulieren Wissenschaftler die Entstehung des Erdmagnetfeldes. Ihnen gelang der Nachweis, dass sich allein aus der Strömung von flüssigem Metall ein Feld aufbaut.

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