Magnetisch veld van de aarde en zwervende polen

Stel je een staafmagneet voor in de aarde, min of meer uitgelijnd met de as, waar de uiteinden van die magneet dicht bij de geografische noord- en zuidpool van de planeet liggen. De magnetische veldlijnen reizen van de noordpool van de magneet en kronkelen terug om weer naar de zuidpool te gaan. Bij elke pool zijn de magnetische veldlijnen bijna verticaal.

Hoewel er absoluut geen magnetische balk in de aarde is, doet hetzelfde fenomeen zich rond de aarde voor, waardoor een beschermend gebied rond de hele planeet ontstaat, de magnetosfeer, volgens NASA. De magnetosfeer van de aarde beschermt ons tegen schadelijke kosmische straling en zonnewind en is verantwoordelijk voor de prachtige aurorale vertoningen die te zien zijn op de hoge breedtegraden van het noordelijk en zuidelijk halfrond.

De magnetische en geografische polen van de aarde bevinden zich tegenover elkaar. Met andere woorden, de magnetische zuidpool van de aarde bevindt zich eigenlijk in de buurt van de geografische noordpool. Dus wanneer we een kompas gebruiken om onze locatie te bepalen, wijst de kompasnaald eigenlijk naar de magnetische zuidpool op het noordelijk halfrond en naar de magnetische noordpool op het zuidelijk halfrond..

De magnetische polen zijn niet gefixeerd en dwalen een beetje over het oppervlak van de planeet ten opzichte van de geografische polen. Ongeveer 75 procent van de intensiteit van het aardmagnetische veld wordt weergegeven door de "magnetische balk". De overige 25 procent van de intensiteit van het aardmagnetisch veld, dat kan worden gezien als kleinere staafmagneten die rond bewegen, komt van kleinere delen van bewegend magma en kan de polen zijn om te bewegen.

Op basis van gegevens die in februari 2019 zijn vrijgegeven door de National Centers for Environmental Information, bevindt de magnetische noordpool zich op 86,54 N 170,88 E, in de Noordelijke IJszee en op weg van Canada naar Siberië. De magnetische zuidpool bevindt zich op 64.13 S 136.02 O, net voor de kust van Antarctica in de richting van Australië.

Waar komt het veld vandaan?

Hoewel het nog steeds een beetje een mysterie is, zijn wetenschappers het er over het algemeen over eens dat het magnetische veld van de aarde diep in de kern van de planeet begint. De buitenste kern van de planeet bestaat uit gesmolten metalen, voornamelijk ijzer, dat een geleider is.

"Karnen, gesmolten metaal in de buitenste kern genereert het [magnetische] veld door wat bekend staat als dynamo-actie", zegt Aleksey Smirnov, hoogleraar geofysica aan de Michigan Technological University..

Dynamo-actie, of de dynamo-theorie, beschrijft de manier waarop een planeet een magnetisch veld kan ondersteunen. De dynamo, of de bron van het magnetische veld, wordt gecreëerd door een roterend, convecterend en elektrisch geleidend materiaal, zoals het gesmolten ijzer in de aarde.

"Er zijn veel geïoniseerde atomen en vrije elektronen die rondzwerven, en er is een complexe vorm van convectie aan de gang in het binnenste, gecombineerd met de natuurlijke rotatie van de aarde - er zijn veel bewegende ladingen", zegt Doug Ingram, een natuurkundige en hoogleraar astronomie aan de Texas Christian University.

Wetenschappers geloven dat de ladingen die worden gecreëerd door het bewegende metalen materiaal in een cirkelvormige beweging rond het equatoriale gebied van de aarde bewegen, waardoor de magnetische noord- en zuidpool aan het oppervlak worden gegenereerd, zei Ingram..

Waarom bewegen de palen??

De dynamo van de aarde is persistent, maar onstabiel. Op dit moment verandert het magnetische veld snel en maakt de magnetische noordpool een plotselinge sprong richting Siberië. Sinds de jaren negentig is de magnetische noordpool gemiddeld ongeveer 55 kilometer per jaar verschoven, volgens een studie uit 2019 gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Storingen in het stromende, metallische magma zouden volgens Smirnov de oorzaak kunnen zijn van de instabiliteiten in het magnetische veld die tot dergelijke poolverschuivingen kunnen leiden. De beweging van het vloeibare ijzer diep onder Canada kan het magnetische veld op die locatie enigszins verzwakken, waardoor de magnetische noordpool naar Siberië kan bewegen, stelt het artikel in Nature..

Andere elektromagnetische anomalieën zijn overal ter wereld te zien, zoals in zuidelijk Afrika, waar een magnetische veldstoring, vergelijkbaar met een wervelstorm in een stroom, kan worden veroorzaakt door een dichter deel van de mantel nabij de grens met de vloeibare buitenkern van de planeet..

Geschiedenis van poolverschuiving en omkering

Terwijl de polen constant verschuiven, zijn ze volgens NASA in de afgelopen 3 miljard jaar ook minstens een paar honderd keer volledig omgekeerd. Tijdens dit proces, dat doorgaans elke 200.000 tot 300.000 jaar plaatsvindt in de loop van 100 tot een paar duizend jaar, wordt het magnetische veld platgedrukt en getrokken, waarbij meerdere polen willekeurig over het aardoppervlak omhoog schieten. De laatste volledige omkering vond ongeveer 780.000 jaar geleden plaats.

De geschiedenis van het magnetische veld, inclusief verschuivingen en omkeringen, wordt bewezen in het geologische record. Metalen die in gesteenten worden aangetroffen, waaronder ijzer, worden uitgelijnd met het magnetische veld voordat gesmolten gesteente stolt of als fragmenten die de magnetische metalen bevatten die zijn uitgelijnd met het magnetische veld en zich nestelen in lagen van sedimentair gesteente.

"Omdat de aarde een dynamische en steeds veranderende plaats is, zijn er constant nieuwe rotsen en hun magnetische records gegenereerd gedurende de geologische tijd", zei Smirnov, eraan toevoegend dat deze records miljoenen of miljarden jaren kunnen worden bewaard..

Soortgelijke records worden gevonden op de bodem van de Atlantische Oceaan, waar voortdurend nieuwe zeebodems worden aangelegd op de midden-Atlantische rug.

"Terwijl de lava naar de oppervlakte borrelt [door de lange spleet die de rand vormt], wordt het gesmolten, en de ijzerdeeltjes die in de lava zweven oriënteren zich in de richting van het heersende magnetische veld van de aarde", zei Ingram. Terwijl de lava stolt, vergrendelt het de metaalafzettingen op zijn plaats en creëert zo een historisch record van de verschuivingen en omkeringen van het magnetische veld van de aarde.

Wat betekenen deze zwervende en draaiende palen voor het leven op onze planeet? Volgens de NASA zijn er geen drastische veranderingen aanwezig in het fossielenbestand voor zowel het planten- als het dierenleven tijdens zowel verschuivingen als omkeringen, wat suggereert dat de effecten van poolomkering op het leven minimaal zijn. Hoewel er enige speculatie is onder wetenschappers dat tijdens perioden van verminderde magnetische veldsterkte meer kosmische straling het aardoppervlak had kunnen bereiken en een verhoogde snelheid van genetische mutatie had veroorzaakt en daarom de evolutie een boost gaf, zei Smirnov..

Aanvullende bronnen:

• Bekijk deze coole visualisatie van de magnetosfeer van de aarde van NASA's Scientific Visualization Lab.
• Lees meer over de Magnetospheric Multiscale-missie van NASA om te begrijpen hoe de magnetische velden rond de aarde verbinding maken en loskoppelen.
• Bekijk deze kaarten van de historische locaties van de zwervende magnetische polen van de National Centers for Environmental Information.