Das Erdmagnetfeld: Ein riesiger Dynamo
Bereits vor über 2000 Jahren entdeckten Chinesen und Mongolen, dass Teile von Magneteisenstein sich wie von Zauberhand in Nord-Süd-Richtung drehen. Später nutzten sie diese Kenntnis, um die ersten Magnetkompasse zu bauen. Diese begannen sich im 12. Jahrhundert auch in Europa zu verbreiten. Das gab der Schifffahrt einen bedeutenden Aufschwung. Der Siegeszug erreichte im Mittelalter auch den Bergbau. Hier wurde der Kompass als Vermessungsinstrument eingesetzt.
Entstehung und Aufrechterhaltung des irdischen Magnetfeldes
In England erkannte der Arzt und Naturphilosoph William Gilbert um 1600, dass die Ursache für die Ausrichtung der Kompassnadel von der Erde ausgeht. Carl Friedrich Gauss gelang es im 19. Jahrhundert eine umfassende Theorie aufzustellen, die belegt, dass das Magnetfeld aus dem Innern der Erde stammt. Seit dieser Zeit wird das Magnetfeld durch ein weltweites Netz geophysikalischer Observatorien kontinuierlich vermessen. Heute beteiligen sich daran über 200 Laboratorien. Weitere Daten kommen von Magnetometern, die sich an Bord von Satelliten befinden.
Die Messdaten allein erklären jedoch nicht die Bildung des Magnetfelds. Das gelang erst durch zahlreiche theoretische Arbeiten, die zur heute allgemein anerkannten Dynamotheorie führten. Sie basiert auf dem inneren Aufbau der Erde. Im Zentrum befindet sich der Erdkern. Er besteht aus Eisen, Nickel und Silizium und hat einen Durchmesser von etwa 1250 Kilometern. Der innere Kern wird von einem äußeren Kern aus flüssigem Eisen umschlossen, der elektrisch leitfähig ist. Ihm folgt der etwa 2900 Kilometer mächtige Erdmantel, ein zähflüssiges inhomogenes Gebilde aus Silikaten und Oxiden. Der Mantel wird abschließend von der Erdkruste umschlossen.
Die Induzierung eines magnetischen Feldes im äußeren flüssigen Kern lässt sich nach den Regeln der Magnetohydrodynamik beschreiben. Das ist die Wissenschaft vom Verhalten elektrisch leitender Fluide in magnetischen und elektrischen Feldern. Der so erklärte Mechanismus wird auch als Geodynamo bezeichnet. Voraussetzung dafür ist die Bewegung der flüssigen Materie im äußeren Kern, die hauptsächlich in Form von Konvektionsströmungen stattfindet. Diese Strömungen bilden sich durch aufsteigendes heißes flüssiges Material, das sich bei gleichzeitiger Abkühlung vom heißen Kern fortbewegt und dann wieder in Richtung inneren Kern sinkt.
Der Geodynamo erzeugt etwa 95 Prozent des Magnetfeldes. Den Rest liefern magnetisierte Gesteine, Quellen außerhalb der Erde und Ozeanströmungen, die ihren Beitrag durch die Bewegung von leitfähigem Salzwasser leisten.
Das Magnetfeld als Schutzschild für das irdische Leben
Das Magnetfeld bildet einen unsichtbaren Schutzschild für unseren blauen Heimatplaneten. Er sorgt für einen sehr effektiven Schutz vor energiereicher kosmischer Strahlung und dem Sonnenwind, einer ebenfalls energiereichen Partikelstrahlung der Sonne. Die geladenen Teilchen werden entlang der Magnetfeldlinien um die Erde herum gelenkt. Lediglich an den Polgebieten können vermehrt Anteile dieser Teilchenschauer in die Erdnähe gelangen. Dort erzeugen sie in Wechselwirkung mit den oberen Schichten der Erdatmosphäre die farbenprächtigen Polarlichter.
Dieser Schutzschild hat auf der Erde die Entstehung höheren Lebens überhaupt erst möglich gemacht. Daher ist es für deren Entwicklung und Aufrechterhaltung von essentieller Bedeutung, denn nach unseren heutigen Kenntnissen widerstehen nur Mikroben einem hochenergetischen Teilchenbombardement.
