Aardmagnetisch veld (geomagnetisch veld): werking, bescherming en omkeringen
Ontdek het aardmagnetisch (geomagnetisch) veld: hoe het ontstaat, hoe het ons beschermt tegen deeltjes uit de ruimte en wat magnetische omkeringen voor aarde en leven betekenen.
Het aardmagnetisch veld is het magnetisch veld dat de aarde omgeeft. Het wordt ook wel het geomagnetisch veld genoemd.
Het magnetisch veld van de aarde wordt gecreëerd door de rotatie van de aarde en de aardkern. Het beschermt de aarde tegen schadelijke deeltjes in de ruimte. Het veld is onstabiel en is in de geschiedenis van de aarde vaak veranderd. Als de aarde draait, bewegen de twee delen van de kern met verschillende snelheden en men denkt dat dit het magnetische veld rond de aarde genereert alsof er een grote staafmagneet in de aarde zit.
Het magnetisch veld creëert magnetische polen die in de buurt van de geografische polen liggen. Een kompas gebruikt het aardmagnetisch veld om richtingen te vinden. Veel trekdieren maken ook gebruik van het veld als ze elk voorjaar en najaar lange afstanden afleggen. De magnetische polen ruilen van plaats tijdens een magnetische omkering.
Werking (hoe ontstaat het veld)
Het aardmagnetisch veld ontstaat door de geodynamo in de kern van de aarde. De binnenkern is grotendeels vast en bestaat vooral uit ijzer en nikkel; daaromheen ligt een vloeibare buitenkern die convecties vertoont. Door temperatuurverschillen, druk en de draaiing van de aarde (Coriolis-krachten) ontstaan elektrische stromen in die geleidende vloeistof. Die stromen genereren het grootschalige magnetische veld.
Belangrijke eigenschappen:
- Dipoolcomponent: het veld lijkt op dat van een staafmagneet met een noord- en zuidpool, maar er zijn ook kleinere, niet-dipoolcomponenten.
- Sterkte: de veldsterkte aan het aardoppervlak varieert grofweg tussen ~25 en ~65 microtesla (µT), afhankelijk van locatie.
- Seculaire variatie: de sterkte en oriëntatie veranderen langzaam in decennia tot eeuwen; de magnetische noordpool 'drift' door de tijd.
Bescherming tegen ruimteweer
Het geomagnetisch veld vormt samen met de atmosfeer de belangrijkste bescherming van de aarde tegen geladen deeltjes uit de zon (solar wind) en kosmische straling. De magnetosfeer buigt geladen deeltjes af en houdt veel van hen op afstand. Daarbij spelen de Van Allen-gordels (zones met gevangen stralingsdeeltjes) een rol.
Gevolgen en aandachtspunten:
- Aurora's (noorder- en zuiderlicht) ontstaan wanneer geladen deeltjes de magnetosfeer binnendringen en in de hoge atmosfeer botsen met atomen en moleculen.
- Bij sterke zonnestormen kunnen geomagnetische stormen systemen op aarde en in de ruimte verstoren: stroomnetten, satellieten, communicatie en navigatie (GPS) kunnen beschadigd raken of storingen krijgen.
- Regio's met verzwakt veld, zoals de Zuid-Atlantische Anomalie, hebben een verhoogde stralingsbelasting voor satellieten en ruimtevaartuigen.
- Voor luchtvaartpersoneel en passagiers op polaire vluchten geldt een iets hogere stralingsblootstelling bij grote zonneactiviteit.
Omkeringen en excursies
Het aardmagnetisch veld is in het verleden regelmatig van richting veranderd: de magnetische noord- en zuidpool wisselden van plaats. Zulke omkeringen (reversals) vinden niet op vaste intervallen plaats; de perioden tussen omkeringen variëren sterk (soms tientallen miljoenen jaren, soms veel korter). De laatste volledige omkering, de Brunhes–Matuyama-omkering, vond ongeveer 780.000 jaar geleden plaats.
Kenmerken van omkeringen en korte verstoringen:
- Tijdsschaal: een omkering verloopt over duizenden jaren; het is geen plotselinge gebeurtenis van één nacht.
- Excursies: tijdelijke, gedeeltelijke omkeringen of sterke afwijkingen komen ook voor (bijvoorbeeld de Laschamps-excursie ~41.000 jaar geleden) en duren vaak korter dan volledige omkeringen.
- Effecten op leven en technologie: tijdens omkeringen neemt de dipoolsterkte vaak af, wat hogere niveaus van energierijke deeltjes in de bovenste atmosfeer kan toelaten. De atmosfeer biedt echter nog steeds aanzienlijke bescherming; er is geen overtuigend bewijs dat omkeringen massale uitstervingen veroorzaken. Wel kunnen verhoogde kosmische straling en veranderde magnetische condities technologische systemen extra belasten.
Meting, gebruik en biologische gevoeligheid
Het veld wordt gemeten met grondobservatoria, magnetometers en satellieten (bijvoorbeeld ESA's Swarm-missie). Wetenschappelijke modellen zoals het International Geomagnetic Reference Field (IGRF) beschrijven de globale variatie en worden gebruikt voor navigatie en geofysisch onderzoek.
Praktisch en biologisch:
- Kompas en navigatie: een kompasnaald richt zich naar het magnetische noorden; het verschil tussen magnetisch en geografisch noorden heet declinatie en moet voor nauwkeurige navigatie worden gecorrigeerd. Daarnaast is er de inclinatie (diphoek), de helling van het veld ten opzichte van het oppervlak.
- Dieren: veel organismes (trekvogels, zeeschildpadden, zalm, sommige insecten en bacteriën) gebruiken het magnetisch veld voor oriëntatie. Mechanismen variëren van magnetietdeeltjes die op krachten reageren tot lichtgevoelige chemische systemen (radical-pair mechanismen) in het oog.
Monitoring en toekomst
Wetenschappers volgen het veld nauwlettend omdat veranderingen impact hebben op navigatie, ruimtevaart en geofysisch onderzoek. De magnetische noordpool is in recente decennia aanzienlijk gedrift en sommige delen van het veld verzwakken (bijvoorbeeld de Zuid-Atlantische Anomalie). Het is moeilijk om precies te voorspellen wanneer of hoe een volgende omkering zal verlopen, maar huidige waarnemingen helpen modellen verbeteren en risico's voor technologie en ruimtevaart beter inschatten.
Samengevat: het aardmagnetisch veld is een dynamisch, levensbelangrijk onderdeel van ons planetair systeem. Het beschermt tegen ruimte-straling, helpt bij navigatie en geeft wetenschappers inzicht in processen diep in de aarde en in de geschiedenis van de planeet.
Kenmerken
Het aardmagnetisch veld ontstaat door twee dingen. De convectieve bewegingen in de vloeibare geleidende kern in het centrum van de Aarde zijn belangrijk voor het maken van het magnetisch veld. Wanneer de convectieve bewegingen samenvallen met de elektrische stromen rond de Aarde, wordt het magnetisch veld gecreëerd. De draaiing van de aarde houdt het magnetisch veld in stand. De wisselwerking tussen de convectieve bewegingen en de elektrische stromen creëert een dynamo-effect.
De intensiteit van het magnetisch veld is het grootst nabij de magnetische polen, waar het verticaal is. De intensiteit van het veld is het zwakst nabij de evenaar, waar het horizontaal is. De intensiteit van het magnetisch veld wordt gemeten in gauss.
Het magnetisch veld is de laatste jaren in sterkte afgenomen. In de afgelopen tweeëntwintig jaar is het veld gemiddeld 1,7% minder sterk geworden. In sommige delen van het veld is de sterkte met wel 10% afgenomen. De snelle sterktevermindering van het veld is een teken dat het magnetisch veld mogelijk aan het omkeren is. De omkering zou in de komende paar duizend jaar kunnen plaatsvinden. Er is aangetoond dat de verplaatsing van de magnetische polen verband houdt met de afnemende sterkte van het magnetisch veld.
Een geomagnetische omkering is wanneer de noordmagnetische pool en de zuidmagnetische pool van plaats verwisselen. Dit is in de geschiedenis van de aarde een paar keer gebeurd. De magnetische omkering vindt plaats nadat de sterkte van het veld nul heeft bereikt. Wanneer de sterkte weer begint toe te nemen, zal deze in de tegenovergestelde richting toenemen, waardoor de magnetische polen worden omgedraaid. De tijd die het magnetisch veld nodig heeft om een omkering te ondergaan is onbekend, maar kan tot tienduizend jaar duren. De magnetische omkeringen van de aarde zijn vastgelegd in gesteenten, vooral in basalt. Wetenschappers dachten dat de laatste geomagnetische omkering 780.000 jaar geleden plaatsvond.
Magnetosfeer
De magnetosfeer wordt gecreëerd door het magnetisch veld. Het is het gebied rond de aarde dat fungeert als een schild tegen de schadelijke deeltjes in de zonnewind. De magnetosfeer heeft veel verschillende lagen en structuren, en de zonnewind geeft vorm aan elk van deze lagen. De wisselwerking tussen de zonnewind en de magnetosfeer zorgt er ook voor dat het noorderlicht en het zuiderlicht verschijnen. De magnetosfeer is zeer belangrijk om de aarde te beschermen tegen zonnestormen die de activiteit van de zonnewind doen toenemen. Zonnestormen kunnen geomagnetische stormen veroorzaken die soms ernstige gevolgen hebben voor de Aarde.
De gebieden tussen de magnetische noord- en zuidpool zijn de magnetische veldlijnen. Deze lijnen verlaten de aarde vanuit het verticale punt van het zuiden en komen weer binnen via het verticale punt van het noorden. Deze twee verticale punten worden magnetische dipolen genoemd. De magnetische dipolen worden gewoonlijk de magnetische polen genoemd. De magnetische polen snijden de aarde op twee punten. De magnetische noordpool snijdt de aarde op 78,3 noorderbreedte en 100 westerlengte. Daarmee ligt de magnetische noordpool op de noordpoolcirkel. De zuidmagnetische pool snijdt de aarde op 78,3 zuiderbreedte en 142 oosterlengte. Hierdoor ligt de zuidmagnetische pool op Antarctica. De magnetische polen zijn ook de plaatsen waar de magnetische velden het sterkst zijn.
Deze figuur toont de magnetosfeer die de door de zon veroorzaakte zonnewind tegenhoudt.
Verplaatsing van de noordmagnetische pool. Verwacht wordt dat hij nabij de noordelijke geografische pool passeert en zijn weg naar Siberië vervolgt
De magnetische polen van de aarde
Net als andere magnetische velden heeft het magnetisch veld van de aarde magnetische polen.
De Noordmagnetische Pool is het punt op het oppervlak van het noordelijk halfrond van de aarde waar het magnetisch veld van de planeet verticaal naar beneden wijst. Er is slechts één plaats waar dit gebeurt, dicht bij (maar verschillend van) de geografische noordpool.
Zijn tegenhanger op het zuidelijk halfrond is de zuidmagnetische pool. Aangezien het magnetisch veld van de aarde niet precies symmetrisch is, gaat een lijn van de ene naar de andere niet door het meetkundig middelpunt van de aarde.
De noordelijke magnetische pool verschuift in de loop van de tijd als gevolg van magnetische veranderingen in de kern van de aarde. In 2001 stond hij nabij Ellesmere Island in het noorden van Canada op 81°18′NB 110°48′W / 81,3°NB 110,8°W / 81,3; -110,8 (Magnetic North Pole 2001). Vanaf 2015 zou de pool voorbij de Canadese Arctische territoriale claim naar het oosten zijn opgeschoven tot 86°18′NB 160°00′W / 86,3°NB 160,0°W / 86,3; -160,0 (Magnetic North Pole 2012 est).
De noord- en zuidmagnetische polen van de aarde worden ook wel magnetische dompelpolen genoemd, verwijzend naar de verticale "dip" van de magnetische veldlijnen op die punten.
Trekkende dieren
Dieren die lange trektochten maken, kunnen afhankelijk zijn van het magnetisch veld als gids.
Sommige trekdieren kennen hun locatie door de intensiteit van het veld. Ze kennen de tijd door circadiane ritmes die het veld voortbrengt. Trekdieren worden geboren met een magnetische kaart in hun kop die hen in staat stelt veilig over grote afstanden te trekken. Hun vermogen om het magnetische veld waar te nemen is te danken aan magnetische deeltjes. Andere dieren hebben een chemisch kompas dat gebaseerd is op een radicaalpaarmechanisme.
Vragen en antwoorden
V: Wat is het aardmagnetisch veld?
A: Het aardmagnetisch veld is het magnetisch veld dat de aarde omgeeft en dat ook wel het aardmagnetisch veld wordt genoemd.
V: Waardoor ontstaat het aardmagnetisch veld?
A: Het aardmagnetisch veld ontstaat door de rotatie van de aarde en de aardkern.
V: Wat is de functie van het aardmagnetisch veld?
A: Het aardmagnetisch veld beschermt de aarde tegen schadelijke deeltjes in de ruimte.
V: Hoe stabiel is het aardmagnetisch veld?
A: Het aardmagnetisch veld is onstabiel en is in de geschiedenis van de aarde vaak veranderd.
V: Hoe wordt het aardmagnetisch veld opgewekt?
A: Men denkt dat het aardmagnetisch veld wordt opgewekt door de verschillende snelheden van de twee delen van de kern als de aarde ronddraait, waardoor het magnetisch veld ontstaat alsof er een grote staafmagneet in zit.
V: Wat creëren magnetische polen?
A: De magnetische polen die door het aardmagnetisch veld worden veroorzaakt, liggen in de buurt van de geografische polen.
V: Welke toepassingen heeft het aardmagnetisch veld?
A: Het aardmagnetisch veld wordt gebruikt door kompassen om de richting te bepalen en door veel trekdieren wanneer zij elk voorjaar en najaar lange afstanden afleggen. De magnetische polen wisselen van plaats tijdens een magnetische omkering.
Zoek in de encyclopedie