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Magnetismus

Magnetfeld der Erde

Das Magnetfeld der Erde verhält sich so, als würde sich ein relativ kleiner, aber sehr starker Stabmagnet in der Nähe des Erdmittelpunktes befinden, der um etwa elf Grad gegen die Rotationsachse der Erde geneigt ist.

Mit der Annahme eines Dauermagneten im Erdmittelpunkt lässt sich das irdische Magnetfeld zwar vergleichsweise gut beschreiben, aber dieses Modell hat leider einen entscheidenden Fehler: Es gibt kein Material, das bei den Temperaturen des Erdkernes ferromagnetisch ist, also ein äußeres Magnetfeld hat.

Der zweite Mechanismus zur Erzeugung von Magnetfeldern ist der elektrische Strom. Wenn ein Strom um eine Fläche herum fließt, entsteht ein Magnetfeld, das dem Erdfeld gleicht. Jeder kennt einen solchen Elektromagneten mit seinen vielen Kupferwindungen. Hier fließt ein kleiner Strom sehr oft um den Spulenkern. Das gleiche kann aber auch durch einen großen Strom mit einer Windung erzeugt werden.

Wissenschaftler vermuten einen solchen "Ringstrom" im Bereich des flüssigen Eisenkerns der Erde. Weil flüssiges Eisen leicht strömen kann und Eisen zudem ein guter elektrischer Leiter ist, könnte der Erdkern als bewegter Leiter eines Dynamos fungieren. Man ist der Auffassung, dass das flüssige Eisen durch Wärmeenergie in Bewegung versetzt wurde (und wird), die ursprünglich aus radioaktivem Zerfall im Kernbereich stammt. Durch einen Prozess, der im einzelnen noch nicht völlig geklärt ist, erzeugt diese Bewegung vermutlich einen elektrischen Strom, der das Magnetfeld aufrecht erhält, das den Strom im Inneren in Gang hält.

Diesem "erdinneren" Feld ist ein "erdäußeres" überlagert, das durch elektrische Ströme in der Ionosphäre und der Magnetosphäre erzeugt wird und kaum 5% des Gesamtfeldes ausmacht.

Übrigens: Bei einem Druck von bis zu 2 Millionen Atmosphären (Mantel) oder von bis zu 4 Millionen Atmosphären (Erdkern) steigt der Schmelzpunkt der entsprechenden Stoffe so hoch an, dass diese sich selbst bei den hohen Temperaturen (mehr als 6.000°C) nicht mehr verflüssigen. Daher bleibt der Kern und auch der äußere Mantel in festem Zustand!

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Grafik von Stefan

Im Bild: Die Erde mit ihrem Magnetfeldlinien (hellblau angedeutet).

Orange in der Mitte ist der Erdkern angedeutet. In hellerem Orange ist der äußere Erdkern mit seinen Konvektionsbewegungen eingezeichnet.

Gelb dargestellt, die um 11 Grad gegen die Rotationsachse geneigte magnetische Achse der Erde. Der magnetische Südpol liegt beim geografischen Nordpol.


Magnetostratigraphie

Unregelmäßig, aber etwa alle 500.000 Jahre, ändert das Magnetfeld der Erde seine Polarität, wobei es möglicherweise einige tausend Jahre dauert, bis sich die Richtung umkehrt. Solche Umpolungen sind in den fossilen magnetischen Aufzeichnungen übereinanderliegender Lavaergüsse deutlich nachgewiesen. Die Richtung der remanenten Magnetisierung kann für jede einzelne Lage ermittelt werden, um auf diese Weise die zeitliche Abfolge der Umpolungen des Feldes, das heißt die Magnetostratigraphie, abzuleiten. Die Ursache dieser Feldumkehr ist noch unklar.

Es deutet einiges darauf hin, dass eine Umkehr in den nächsten 1.000 Jahren wieder passieren könnte. Ein Beleg, dass dies in der Vergangenheit des öfteren passiert ist, sind Tiefenbohrkerne, die Streifen gegensätzlicher Ausrichtungen aufweisen. Warten wir es ab!


Paläomagnetismus

Eine wichtige Eigenschaft vieler magnetisierbarer Stoffe besteht darin, dass sie beim Abkühlen unter den Curie-Punkt in Richtung des umgebenden Magnetfeldes magnetisiert werden. Der Grund hierfür liegt in der Ausrichtung sogenannter Weiß'scher Bezirke in Richtung des umgebenden Magnetfeldes.

Wenn das Material abkühlt, werden die Atome unbeweglicher und an Ort und Stelle fixiert, wobei die Elektronen des Materials sich über weite Bereiche gegenseitig beeinflussen. Die daraus resultierende Magnetisierung wird als thermoremanenter Magnetismus bezeichnet. Auch einige Sedimentgesteine können magnetisiert werden. Man spricht dann von Detritus-Remanenz oder Sedimentations-Remanenz ein Sedimentgesteins. Die Ursache liegt in orientiert eingelagerten Magnetitkristallen. Während des langsamen Absinkens im Ozean werden diese kleinen Kristalle entsprechend des Erdmagnetfelds ausgerichtet und die Orientierung im Schlamm fixiert. Dieser Magnetismus, der als Paläomagnetismus oder fossiler Magnetismus bezeichnet wird, ist inzwischen ein wichtiges Hilfsmittel zum Verständnis der Erdgeschichte.


Quellenangaben


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