Das Magnetfeld des Planeten erstreckt sich wie unsichtbare Spaghetti von der Erde. Dieses Feld, das durch die Abwanderung des Erdkerns entstanden ist, ist wichtig für den Alltag: Es schützt den Planeten vor Sonnenpartikeln, bietet eine Grundlage für die Navigation und könnte eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des Lebens auf der Erde gespielt haben.
Aber was würde passieren, wenn das Erdmagnetfeld morgen verschwinden würde? Eine größere Anzahl geladener Sonnenpartikel würde den Planeten bombardieren, Stromnetze und Satelliten auf die Fritz bringen und die Exposition des Menschen gegenüber krebserregender ultravioletter Strahlung erhöhen. Mit anderen Worten, ein fehlendes Magnetfeld hätte Konsequenzen, die zumindest kurzfristig problematisch, aber nicht unbedingt apokalyptisch wären.
Und das sind gute Nachrichten, denn seit mehr als einem Jahrhundert schwächt es sich ab. Sogar jetzt gibt es besonders schwache Stellen wie die Südatlantikanomalie in der südlichen Hemisphäre, die technische Probleme für Satelliten mit niedriger Umlaufbahn verursachen.
Das Erste, was man über das Magnetfeld verstehen muss, ist, dass es, selbst wenn es schwächer wird, nicht verschwinden wird - zumindest nicht für Milliarden von Jahren. Die Erde verdankt ihr Magnetfeld ihrem geschmolzenen äußeren Kern, der hauptsächlich aus Eisen und Nickel besteht. Der aufgewühlte äußere Kern wird durch die Konvektion von Wärme angetrieben, die freigesetzt wird, wenn der innere Kern wächst und sich verfestigt, sagte John Tarduno, Geophysiker an der Universität von Rochester. (Der innere Kern wächst um etwa einen Millimeter pro Jahr.)
Dieser als Dynamo bekannte Magnetfeldmotor tuckert seit Milliarden von Jahren. Wissenschaftler glauben, dass sich die derzeitige Kernanordnung vor etwa 1,5 Milliarden Jahren festgesetzt haben könnte. Dies geht aus Untersuchungen von 2015 hervor, die damals einen Sprung in der Stärke des Magnetfelds fanden. Tarduno und sein Team haben jedoch Hinweise auf ein Magnetfeld auf der Erde in den ältesten Mineralien des Planeten, den Zirkonen, gefunden, die 4,2 Milliarden Jahre alt sind, was darauf hindeutet, dass die Aktivität im Kern seit sehr langer Zeit Magnetismus erzeugt.
Es ist nicht klar, warum der Dynamo gestartet wurde, sagte Tarduno gegenüber Live Science, obwohl es möglich ist, dass der enorme planetare Einfluss, der den Mond verursachte, der Haupttreiber gewesen sein könnte. Dieser Aufprall, der vielleicht 100 Millionen Jahre nach dem Zusammenkommen der Erde auftrat, hätte jede Schichtung oder Schichtung von Materialien im Erdkern erschüttern können: Stellen Sie sich vor, Sie schütteln eine Flasche Öl und Wasser auf planetarischer Ebene. Diese Störung hätte die Konvektion fördern können, die heute noch den Dynamo der Erde antreibt.
Schließlich wird der innere Kern wahrscheinlich groß genug, dass die Konvektion im äußeren Kern nicht mehr effizient ist und das Magnetfeld ausfällt. Aber dieses Szenario ist so weit entfernt, dass es sich nicht lohnt, viel Schlaf zu verlieren.
"Wir reden über Milliarden von Jahren", sagte Tarduno.
Schwächendes Magnetfeld
Weitaus relevanter für das Leben des Menschen ist, dass das Magnetfeld schwächer wird. Wissenschaftler messen diese Schwächung seit 160 Jahren direkt mit magnetischen Observatorien und Satelliten. Ob das Feld vorher ins Stocken geraten ist, ist etwas trüber, wie es als nächstes tun wird. Das Magnetfeld ist derzeit zu etwa 80% dipolar, sagte Tarduno. Das heißt, es wirkt meist wie ein Stabmagnet. Wenn Sie Eisenspäne um den Planeten legen könnten (und den Einfluss der Sonne entfernen könnten, die einen konstanten Strom geladener Teilchen, den Sonnenwind, zur Erde spuckt und das Magnetfeld wie langes Haar in einer Brise herumbläst), wäre das resultierende Magnetfeld Linien würden einen klaren Norden und Süden zeigen. Aber 20% des Feldes sind nicht dipolar, was bedeutet, dass es komplizierter ist; Es gibt lokale Unterschiede.
In der Vergangenheit hat sich das Magnetfeld umgedreht und Nord und Süd ausgetauscht. Die letzte dieser Umkehrungen ereignete sich vor 780.000 Jahren, um die Ära von Homo erectus. Eine Schwächung des Feldes ist typischerweise diesen Flips vorausgegangen, was Fragen darüber aufwirft, ob ein weiteres Flip-Flop unmittelbar bevorsteht. Manchmal schwächt sich das Feld aber auch ab und verstärkt sich dann wieder, ohne sich umzudrehen, ein Phänomen, das als Exkursion bezeichnet wird.
Tarduno und sein Team haben herausgefunden, dass ein seltsamer Wirbel im Kern unter Südafrika zu einigen dieser Schwächen beitragen könnte. Dieser Wirbel scheint die Südatlantik-Anomalie zu verursachen, eine bekannte Schwachstelle auf dem Gebiet, die sich von etwa 300 Kilometern östlich von Brasilien über einen Großteil Südamerikas erstreckt. In diesem Bereich fallen geladene Teilchen des Sonnenwinds näher als gewöhnlich an die Erde. Die südatlantische Anomalie ist am Boden nicht besonders auffällig. Satelliten, die die Erde umkreisen, treffen dort jedoch auf schädlichere Sonnenpartikel, und Astronauten, die auf der Internationalen Raumstation durch die Region gereist sind, haben visuelle Phänomene von Sternschnuppen gemeldet, die vermutlich durch relativ hohe Strahlungswerte auf der Ebene der Erdumlaufbahn verursacht werden .
Eine feldfreie Erde
Tarduno und sein Team vermuten, dass die Variation des Mantels unter Südafrika in der Vergangenheit der Auslöser für Magnetfeldumkehrungen gewesen sein könnte. Die gute Nachricht ist, dass das Feld, selbst wenn es schwächer wird oder sich auf den Flip vorbereitet, nicht verschwinden wird. Es gibt keine Hinweise darauf, dass das Magnetfeld während einer Umkehrung jemals vollständig verschwunden ist.
Selbst wenn sich das Feld umkehrt, "wird immer noch ein Magnetfeld vorhanden sein; es wird nur ein sehr schwaches Magnetfeld sein", sagte Tarduno.
Wie würde diese Welt mit einem minimalen Magnetfeld aussehen? Zum einen würde Ihr Kompass nicht funktionieren. "Es wird nur auf das höchste Magnetfeld zeigen", sagte Tarduno. "Es könnte sehr nah bei dir sein; es könnte sehr weit weg sein."
Das Nord- und Südlicht wäre aus niedrigeren Breiten sichtbar, da diese farbenfrohen Shows das Ergebnis der Wechselwirkung zwischen geladenen Teilchen sind, die von der Sonne im Sonnenwind geschleudert werden, und der Erdmagnetosphäre. Gegenwärtig erscheinen diese Auroren in der Nähe der Pole und folgen den weitgehend Nord-Süd-Magnetfeldlinien der Erde. Ein schwächeres Feld würde es den Partikeln jedoch ermöglichen, in die Erdatmosphäre einzudringen und den Himmel näher am Äquator zu beleuchten.
Die Bedingungen in der südatlantischen Anomalie für Satelliten könnten weltweit üblich werden, was zu technischen Störungen führen würde. Solarpartikel können die Elektronik anpingen und Speicherbits in sogenannten Single-Event-Upsets (SEUs) stören. Wenn Sonnenpartikel mit der geladenen Schicht der Erdatmosphäre, der Ionosphäre, interagieren, stoßen sie auch Elektronen aus ihren Molekülbahnen. Diese freien Elektronen stören dann die Übertragung der für die Kommunikation verwendeten hochfrequenten Funkwellen.
Wechselwirkungen zwischen dem Sonnenwind und der Erdatmosphäre können auch die Ozonschicht im Laufe der Zeit abbauen, sagte Tarduno, was die kollektive Exposition der Menschheit gegenüber ultravioletter Strahlung erhöhen und das Hautkrebsrisiko erhöhen würde.
"Während es für das Leben wahrscheinlich nicht absolut katastrophal wäre, würde es ohne ein Magnetfeld eine viel höhere Strahlungsdosis am Boden geben", sagte Martin Archer, ein Weltraumplasmaphysiker an der Queen Mary University in London.
Es gibt kaum Hinweise darauf, dass vergangene Magnetfeldschwankungen das Leben auf der Erde beeinflusst haben. Dennoch hat das Magnetfeld zweifellos die Erdoberfläche geformt und dazu beigetragen, dass die fragile Atmosphäre des Planeten nicht durch die unerbittliche Kraft des Sonnenwinds in den Weltraum geblasen wird, sagte Archer gegenüber Live Science.
Ein Magnetfeld ist nicht entscheidend für eine Atmosphäre - Venus hat kein Magnetfeld und eine massive, wenn auch nicht einladende Atmosphäre -, aber es wirkt sicherlich als zusätzliche Schutzschicht. Der Mars, der früher ein Magnetfeld hatte, es aber vor etwa 4 Milliarden Jahren verlor, hat seine Atmosphäre fast vollständig entfernt. Und wenn es eine Möglichkeit gäbe, dem Mond eine erdähnliche Atmosphäre zu verleihen, würde der Sonnenwind ihn in nur einem Jahrhundert zu nichts bringen, sagte Archer.
