Magnetfeld der Erde

Unsere Erde ist ein großer, allerdings recht schwacher Magnet (Bild 1). Das wurde zuerst von WILLIAM GILBERT (1544-1603) erkannt. Die mittlere Stärke des Magnetfeldes der Erde relativ gering. Sie beträgt zwischen $60\text{μT in Polnähe und 20 μT im Äquatorbereich}\text{.}$
Dabei kann man zwischen der Vertikalintensität und der Horizontalintensität des Erdmagnetfeldes unterscheiden. In Mitteleuropa beträgt die Horizontalintensität des Erdmagnetfeldes etwa $20\text{μT}\text{.}$
Trotz dieses geringen Wertes richtet sich eine frei bewegliche Magnetnadel entsprechend des Verlaufes der Feldlinien aus.
Die magnetischen Pole der Erde fallen mit den geografischen Polen nicht zusammen. Beide Polarten sind aber doch so nahe beieinander, dass man sich mit einem Kompass relativ einfach auf der Erdoberfläche in Richtung Nord-Süd orientieren kann. Die Erdachse und die magnetische Achse sind gegenwärtig um ca. 11,4° gegeneinander geneigt. Die Abweichung zwischen tatsächlicher Himmelsrichtung und der von einem Kompass angezeigten Richtung, die magnetische Deklination, beträgt im mitteleuropäischen Bereich etwa 2° bis 3°. Dabei ist zu beachten: Der magnetische Südpol befindet sich dabei in der Nähe des geografischen Nordpols, der magnetische Nordpol in der Nähe des geografischen Südpols. Das bedeutet: Nach Norden zeigt der Nordpol der Magnetnadel.
Das Erdmagnetfeld ist zeitlichen und räumlichen Schwankungen unterworfen, die durch magnetische Observatorien erfasst werden. Auch die Lage der Magnetpole ist nicht konstant, sondern Veränderungen unterworfen.

Entstehung des Erdmagnetfeldes

Die Erde besitzt einen Kern aus Eisen, sodass man annehmen könnte, das Erdmagnetfeld würde von einem Eisenmagneten erzeugt. Diese Idee ist aber nicht zutreffend, denn der Eisenkern der Erde befindet sich in einen glühenden Zustand. Wenn man Eisen stark erhitzt, verliert es seine Eigenschaften als Dauermagnet. Da ein Dauermagnet ausscheidet, bleibt als Erklärungsmodell nur noch der Dynamoeffekt übrig. Bild 2 zeigt einen einfachen Scheibendynamo. In der rotierenden Scheibe wird ein elektrischer Strom induziert, der zwischen Rotationsachse und äußerem Scheibenrand abgegriffen werden kann.

In Bild 3 ist dieses Prinzip geringfügig abgeändert. Der Dynamo rotiert und ein Schleifkontakt verbindet den äußeren Scheibenrand mit der Rotationsachse. Allerdings befindet sich die Anordnung nicht in einem äußeren Magnetfeld. Eine kleine magnetische Störung in der Umgebung induziert einen minimalen Stromfluss, der aufgrund des lenzschen Gesetzes seinerseits dem Abbau des Störfeldes entgegenwirkt und es dadurch verstärkt. Der Dynamo erzeugt sein eigenes Magnetfeld - er ist selbsterregend.
Ein ähnlicher Vorgang spielt sich in der Erde ab. Das Erdmagnetfeld induziert einen elektrischen Strom in dem leitfähigen und flüssigen erdinneren Material, der dem Abbau dieses Feldes entgegenwirkt. Die dabei auftretenden Strömungsprozesse sind extrem kompliziert und wurden bislang auch noch nicht vollständig verstanden.

Die Schutzwirkung des Erdmagnetfeldes

Das gesamte die Erde umgebende Magnetfeld nennt man Magnetosphäre. Die von der Sonne ausgehenden elektrisch geladenen Teilchen, der sogenannte Sonnenwind, verformt die Magnetosphäre. In Richtung zur Sonne reicht sie deshalb nicht so weit in den Weltraum hinaus, wie auf der sonnenabgewandten Seite der Erde (Bild 4), wo sich ein regelrechter Magnetschweif bildet. Das Erdmagnetfeld schützt uns vor den teilweise sehr energiereichen Teilchen in der Sonnenstrahlung.
Treffen diese Teilchen auf die Magnetosphäre, werden sie gezwungen, sich entlang der magnetischen Feldlinien zu bewegen. Sie wandern auf spiralförmigen Bahnen entlang dieser Feldlinien zu den magnetischen Polen und treten erst dort in die Erdatmosphäre ein. Die dabei auftretende Leuchterscheinung nennt man Polarlichter. Diese treten an beiden Magnetpolen auf.