Erdmagnetfeld im Wandel: Steht eine Umkehr der Pole bevor?

Hätten unsere Urahnen in der Altsteinzeit einen Kompass besessen, er hätte nach Süden gezeigt – denn damals lag der magnetische Nordpol dort, wo heute der magnetische Südpol liegt. Doch dann, vor etwa 780.000 Jahren, kippte das Magnetfeld der Erde um. Die Pole tauschten ihre Plätze, und die magnetischen Feldlinien richteten sich neu aus. Ein solcher Polsprung geschieht durchschnittlich alle 250.000 Jahre. Statistisch gesehen ist also eine erneute Umkehr des Erdmagnetfelds überfällig. Und tatsächlich beobachten Forscher, dass das Magnetfeld der Erde kontinuierlich abnimmt – ein Zeichen dafür, dass sich eine Umpolung anbahnt. Doch welche Auswirkungen hätte das auf uns?

Pole auf Wanderschaft

Das Magnetfeld der Erde ist äußerst komplex. Grob gesagt ähnelt es dem eines Stabmagneten: Dieser besitzt einen Nord- und einen Südpol, wobei am Nordpol die magnetischen Feldlinien aus- und am Südpol wieder eintreten. Auf der Erde befindet sich – seit dem Polsprung vor 780.000 Jahren – der magnetische Nordpol auf der Südhalbkugel, in der Nähe des geografischen Südpols. Der magnetische Südpol wiederum liegt im Nordpolarmeer. Die Feldlinien treten also in der Antarktis aus und nördlich von Kanada wieder ein. Deshalb zeigt ein Kompass, dessen Nadel sich an den Feldlinien ausrichtet, nach Norden.

Der Dipol der Erde verläuft weder, wie viele glauben, parallel zur Erdachse, noch ist er statisch. Nord- und Südpol verändern ihre Position immer wieder. Derzeit wandert beispielsweise der arktische Pol neunzig Meter pro Tag von Kanada Richtung Asien – also ganze dreißig Kilometer im Jahr. Schon seit dem neunzehnten Jahrhundert beobachten Observatorien auf der ganzen Welt das Magnetfeld der Erde. Dank moderner Satelliten lässt sich die genaue Position der Pole heute wesentlich einfacher bestimmten als früher.

Und noch etwas haben die wissenschaftlichen Messungen ergeben: Nicht nur die Position der Pole, sondern das gesamte Magnetfeld der Erde verändert sich. Es gibt Phasen, in denen es abnimmt, und Phasen, in denen es zunimmt. Ein Grund dafür sind zum Beispiel magnetische Stürme, die durch erhöhte Sonnenaktivität entstehen. Auf der Erde können wir sie als Polarlichter wahrnehmen. Allerdings bewirken solche äußeren Einflüsse höchstens kurzfristige Veränderungen; danach pegelt sich das Erdmagnetfeld wieder auf sein normales Niveau ein. Wird das Erdmagnetfeld langfristig schwächer oder stärker, sind andere Prozesse dafür verantwortlich – und die entstehen tief im Inneren der Erde selbst.

Der Dynamo unseres Planeten

Dass unser Planet überhaupt ein Magnetfeld besitzt, liegt an hochkomplexen Prozessen im Erdinneren. Hier befindet sich eine Art Dynamo, der „Geodynamo“, der durch ein Zusammenspiel von kochend heißem Erdkern und Rotationsbewegung der Erde mit Energie gespeist wird und dadurch magnetische Energie erzeugt. So entsteht ein riesiges Magnetfeld. Dieses ist allerdings nicht immer gleich stark, sondern durch die Prozesse im Erdkern ständigen Schwankungen unterworfen.

In solchen starken und gleichzeitig dynamischen Magnetfeldern kommt es zu einem physikalischen Phänomen: der Rekonnexion. Dabei entstehen innerhalb des Magnetfelds neue Strukturen. Wie das genau funktioniert, weiß man bis heute nicht. Vermutlich stellen magnetische Feldlinien, die nahe beieinander liegen, dabei aber in unterschiedliche Richtungen verlaufen, untereinander neue Verbindungen her. Geschieht das auf Erde, richtet sich das komplette Magnetfeld neu aus. Aus dem Nordpol wird dann ein Südpol.

Um herauszufinden, wie oft das schon passiert ist, haben Wissenschaftler Lava vergangener Vulkanausbrüche und Sedimentgestein untersucht. Diese Gesteine enthalten eisenreiche Mineralien, die sich entlang der magnetischen Feldlinien ausgerichtet haben. In Proben, die älter als 780.000 Jahre sind, zeigen sie nach Süden – in jüngeren Proben nach Norden. Noch älteres Gestein lässt sogar auf weitere Umpolungen schließen. Die Untersuchungen zeigten, dass sich das Erdmagnetfeld im Lauf der Geschichte schon mehrere zehntausend Mal umgekehrt hat.

Allerdings finden solche Umpolungen sehr unregelmäßig statt. Vor rund 200 Millionen Jahren tauschten Nord- und Südpol mehrfach ihre Positionen. In den hundert Millionen Jahren danach veränderte sich das Erdmagnetfeld gar nicht. Durchschnittlich, haben Wissenschaftler errechnet, kommt es alle 250.000 Jahre zu einer Umpolung. Doch in den letzten 780.000 Jahren verhielt sich das Erdmagnetfeld ruhig. Ein erneuter Polsprung wäre nach dieser Statistik überfällig. Es wäre die erste, die wir – als Homo Sapiens – miterleben.

Ein Polsprung ist überfällig

Und tatsächlich gibt es Anzeichen für eine bevorstehende Umpolung. In den vergangenen tausend Jahren hat das Magnetfeld der Erde kontinuierlich abgenommen. Seit Beginn der Messungen im Jahr 1830 verzeichneten Geophysiker einen Rückgang von zehn Prozent. Eine so rapide Veränderung, glauben sie, deutet auf eine Neuausrichtung hin. „Noch verstehen wir die Prozesse im Erdinneren zu wenig, um sicher zu sein“, sagt Monika Korte vom Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ) in Potsdam. „Aus der Geschichte weiß man aber, dass das der Anfang einer Umpolung sein kann.“
Wissenschaftler vermuten, dass das Magnetfeld sogar erst völlig zum Erliegen kommen wird, bevor es sich umpolt. Möglicherweise wird es auch Phasen geben, in denen es nicht nur zwei, sondern vier oder mehr Pole auf der Erde geben wird. Schon jetzt schwankt die Position der Pole stark. Allein der magnetische Südpol verschob sich bereits um über tausend Kilometer – so  viel und so schnell wie noch nie.

Bislang gingen Wissenschaftler davon aus, dass es sich eine Umpolung über tausend bis zehntausend Jahre hinziehen kann. Der US-amerikanische Forscher Robert Coe glaubt jedoch, dass sich das Erdmagnetfeld auch innerhalb weniger Hundert Jahre verändern kann. Und ein französisches Forscherteam um Professor Gauthier Hulot hält einen Polsprung noch in diesem Jahrtausend für wahrscheinlich. Dafür sprechen auch Daten des dänischen Satelliten „Oersted“, nach denen sich das Magnetfeld in einigen Gebieten der Erde bereits jetzt schon umgekehrt hat.

Doch was geschieht, wenn sich das Magnetfeld umkehrt oder zeitweilig völlig zum Erliegen kommt? Für die Erde ist es von immenser Bedeutung. Es schützt uns wie ein Schutzschild vor kosmischer Strahlung. Ohne Magnetfeld würden Sonnenwinde und radioaktive Strahlung aus dem All ungehindert auf unseren Planeten prallen. Mutationen wären die Folge, höheres Leben wäre gar nicht möglich. Stehen wir also kurz vor einer Apokalypse?

Droht eine Apokalypse?

Noch können Forscher nur darüber spekulieren, welche Auswirkungen eine so massive Veränderung des Magnetfelds auf das Leben auf der Erde hätte. Was man vom letzten Polsprung vor 780.000 Jahren weiß, reicht nicht aus, um eindeutige Aussagen treffen zu können. Kein Wunder also, dass der geheimnisvolle Vorgang im Inneren der Erde vielen Menschen Angst macht. Wissenschaftler versuchen deshalb, mit aufwändigen Computersimulationen mögliche Szenarien durchzuspielen.

Ihre Ergebnisse sind erstaunlich. Die Astronomen Harald Lesch, Guido Birk und Christian Konz untersuchten beispielsweise, was mit unserem Planeten geschieht, sollte das Erdmagnetfeld völlig zum Erliegen kommen. Das kuriose Ergebnis: Der sonst so schädliche Sonnenwind hilft der Erde, innerhalb kürzester Zeit ein neues Magnetfeld aufzubauen. Der Plasma-Strahl aus geladenen Teilchen donnert mit drei- bis vierhundert Kilometern pro Sekunde auf die Ionosphäre, einen ebenfalls aufgeladenen Teil der Atmosphäre. Beim Zusammenprall entstehen magnetische Schläuche, so genannte Filamente, auf der sonnenzugewandten Seite der Erde. Damit hat unser Planet ein neues Magnetfeld – und das innerhalb kürzester Zeit. „Der Selbstmagnetisierungsprozess der Erde dauert noch nicht einmal eine Viertelstunde“, sagt Lesch.

Doch auch wenn unser eigenes Erdmagnetfeld schwächelt und unser Planet über einen längeren Zeitraum erhöhter kosmischer Strahlung ausgesetzt ist, so führt das noch nicht zu einer Apokalypse. „Zwischen den großen Massensterben in der Geschichte und einer Umkehr der Pole konnte kein Zusammenhang gefunden werden“, sagt Monika Korte vom GFZ. Im Gegenteil: Manche Wissenschaftler glauben sogar, dass es durch die erhöhte Strahlung zu DNA-Mutationen kam und neue Arten entstanden. Ein Forscher stellte gar die Theorie auf, dass sich so vor zwei Millionen Jahren der Mensch aus dem Affen heraus entwickelte. Das lässt sich zwar schwer beweisen - was man aber weiß, ist, dass das Erdmagnetfeld zu dieser Zeit tatsächlich äußerst schwach war.

Den größten Einfluss wird eine Veränderung des Erdmagnetfelds vermutlich auf unsere sensible moderne Technik ausüben. Schon heute reagieren Satelliten extrem empfindlich auf magnetische Stürme oder Phasen erhöhter Sonnenwinde. Bei einem schwachen Erdmagnetfeld könnten sie ganz ausfallen; Stromausfälle, Störungen in der Kommunikations- und Navigationstechnik sind die Folge. Im Flugverkehr droht eine erhöhte Strahlenbelastung. Auch viele Tiere, die sich am Erdmagnetfeld orientieren, werden mit Problemen zu kämpfen haben. Lebensbedrohlich wird eine Umkehr des Magnetfelds aber nicht: Der Homo Erectus und seine Vorfahren, da sind sich Wissenschaftler sicher, haben schon mehrere Polumkehrungen überstanden.

Bild: NASA