Erdmagnetfeldveränderung

Das Erdmagnetfeld schwindet seit einigen Jahren in rasantem Tempo, Nord- und Südpol könnten bald die Plätze tauschen. Erste Folgen machen sich bereits bemerkbar: Satelliten fallen plötzlich aus, kosmische Strahlung durchdringt verstärkt den Schutzmantel der Atmosphäre. W WIE WISSEN fragt, was die Entwicklung für Mensch und Natur bedeutet.

25. Oktober 2003: ein Punkt im östlichen Pazifik, kurz vor Peru, zu sehen ist nichts als Wasser. Doch achthundert Kilometer darüber stoppt ein japanischer Beobachtungssatellit von einer Sekunde auf die andere jegliche Funktionstätigkeit. Antrieb und Elektronik versagen, er taumelt durchs All.

Polarlichter über Paris

Drei Tage später blicken die Menschen in Paris erstaunt zum nächtlichen Himmel. Hoch über der französischen Hauptstadt ist etwas zu sehen, das es sonst nur viel weiter nördlich gibt: Polarlichter! Ein Spektakel aus elektrischen Entladungen in der Atmosphäre, das sich bis nach Europa verirrt hat.

Die Experten in den Kontrollstationen der Weltraumbehörden sind alarmiert. Immer häufiger kommt es zu plötzlichen Satellitenstörungen – vor allem dann, wenn ein Satellit kurz zuvor über den südlichen Atlantik geflogen ist. Die Experten der europäischen Weltraumagentur ESA sorgen sich bereits um ihre Missionen, denn die Vorfälle scheinen nur die ersten Anzeichen eines Phänomens von weitaus größerem Ausmaß zu sein.

Prof. Hermann Lühr vom Geo-Forschungs-Zentrum in Potsdam soll im Auftrag der ESA den merkwürdigen Ereignissen nun auf den Grund gehen. Für ihn dreht sich alles um ein Phänomen, das von den Weiten des Weltalls bis ins Innerste des Planeten reicht: das Magnetfeld der Erde. Man sieht, hört und schmeckt es nicht. Doch 3.000 Kilometer unter unseren Füßen, im äußeren Erdkern, erzeugen wirbelnde Massen flüssigen Eisens ein elektromagnetisches Feld, das die Erde wie eine un-sichtbare Hülle umgibt.

Schutzschild für den Sonnenwind

Dabei erfüllt das Magnetfeld vor allem einen Zweck: Es schützt die Erde vor den elektrisch geladenen Teilchen des Sonnenwindes und vor radioaktiver Strahlung aus dem All. Dank dieses Schutzschildes ist das Leben für Pflanzen, Tiere und Menschen auf Erden überhaupt möglich, und können auch Satelliten ungestört ihre Bahnen ziehen – bisher zumindest.

Denn der Schutzschild schwächelt, vor allem über dem Südatlantik scheint er löchrig geworden zu sein. Das Magnetfeld ist hier auf nur 60 Prozent seiner sonst üblichen Stärke gesunken. Es ist die Stelle, an der viele Satelliten versagen. Und auch die Astronauten der Internationalen Raumstation fliegen etwa 16 Mal am Tag über den Südatlantik. Nur je 10 Minuten dauert ihr Flug über die Schwachstelle – doch aufs Jahr gerechnet bekommen sie an dieser kleinen Stelle ganze 90 Prozent ihrer Strahlungsdosis ab.

Um zu ergründen, was über der Erde los ist, müssen die Forscher auf dem Boden beginnen. Das Rätsel um das Magnetfeld führt in das kleine Dorf Niemegk in Brandenburg. Weit ab von störenden Eisenbahnlinien und Industrie steht das "geomagnetische Observatorium". Hochsensible Geräte sollen hier eines der letzten großen Geheimnisse der Erde lüften. Im Sekundentakt messen die Apparate die Stärke des Magnetfelds. Fast 200 solcher Observatorien sind auf der ganzen Erde verteilt. Doch am Messgerät blinken jedes Mal andere Zahlen auf, die Stärke des Magnetfelds ändert sich ständig.

Wandernde Pole

Eine völlig neue Entwicklung? Im Archiv lagern die Aufzeichnungen des Observatoriums seit dem 19. Jahrhundert. Seit den ersten Messungen ist das Magnetfeld in Niemegk zwar insgesamt ein wenig stärker geworden. Doch global nimmt es immer weiter ab – und das rasend schnell. 10 Prozent schwächer in nur 170 Jahren – für die Forscher sind das alarmierende Zahlen. Und noch etwas hält sie in Atem: Die magnetischen Pole wandern!

Der magnetische Nordpol ist heute längst nicht mehr dort, wo er früher einmal war. Am Magnetischen Observatorium müssen die hochsensiblen Apparaturen daher ständig neu justiert werden – für die Forscher eine der wichtigsten Aufgaben überhaupt. Denn wenn Norden nicht immer gleich Norden ist, könnte die Orientierung mit Kompass und Landkarte schnell zum Glücksspiel geraten.

Durch das geöffnete Fenster peilt Hans-Joachim Linthe einmal in der Woche feste Landmarken an, zuerst den Niemegker Wasserturm, dann den Kirchturm. Am Messgerät liest er ab, in welchem Winkel die Türme zum geografischen Nordpol stehen. Dann richtet er das Gerät an den Feldlinien des Magnetfelds aus, so dass es nach magnetisch Nord zeigt, und peilt erneut den Wasserturm an. Der Winkel ist nun viel größer, da der magnetische vom geografischen Nordpol abweicht. Diese Abwei-chung ändert sich ständig, denn der magnetische Nordpol rast zur Zeit mit immer höherer Geschwindigkeit durchs nördliche Kanada.

Nordpol schon bald in Sibirien?

Seit 1590 hat er fast 2.000 Kilometer zurückgelegt – und mit ihm die Richtung, in die die Kompassnadel zeigt. Dabei wandert der Magnetpol derzeit mit fast 60 Kilometer im Jahr, noch vor zehn Jahren war er nur halb so schnell. Schon bald könnte er Sibirien erreicht haben.

Vor zwei Jahren gab es in der Fachwelt deshalb den ersten Alarm: Wenn das Magnetfeld weiter so schnell abnimmt und die Pole noch mehr wandern, könnte es bald ganz zusammenbrechen und sich erst nach Jahrtausenden wieder aufbauen – in umgekehrter Richtung! Alles deute darauf hin, so die Forscher in der Zeitschrift "Nature", dass Norden und Süden in etwa 2.000 Jahren die Plätze tauschen könnten! Auch in einer von amerikanischen Geophysikern entworfenen Computersimulation sind all dies die ersten Anzeichen, bevor sich das Erdmagnetfeld umpolt.

Ein Blick in die Erdgeschichte fördert jedoch Erstaunliches zutage: In der Vergangenheit hat sich das Magnetfeld sogar schon mehrmals vollständig umgedreht. Immer dann, wenn der heiße Erdkern wieder einmal seine Richtung änderte.

Mögliche Antworten in Bohrkernen

Wann geschah das zuletzt? Und wie lange dauerte es? Mögliche Antworten lagern in einem Kühlraum des Geo-Forschungs-Zentrums in Potsdam. In Hunderten von Bohrkernen ist uralte Lava aus Ozeanböden und Seen erhalten. Als das glühende Gestein vor Jahrtausenden auf den Meeresboden sank, kühlte es ab – sowohl die jeweilige Stärke des Magnetfelds als auch seine Ausrichtung wurden so "eingefroren".

Paläomagnetologen entlocken den Bohrkernen mit Hilfe eines Magnetometers ihr Geheimnis. In kleinen Glaswürfeln legen sie die Gesteinsproben auf ein Laufband, das in den Messapparat hineinläuft. Dort wird das im Stein enthaltene Mineral Magnetit auf seine Ausrichtung und magnetische Stärke gemessen. Auf einer Weltkarte kann der Computer so anzeigen, wo sich der magnetische Nordpol in der Ver-gangenheit schon überall befand.

Über die Ergebnisse waren die Forscher zunächst selbst überrascht: Norden und Süden befanden sich ständig auf großer Wanderschaft! Im Durchschnitt tauschten die Pole alle 500.000 Jahre die Plätze, die letzte Umpolung des Erdmagnetfelds fand vor 780.000 Jahren statt. Rein rechnerisch wäre eine erneute Umpolung demnach überfällig.

Was passierte damals?

Doch was passierte damals – starben Tiere aus? Gab es Mutationen? Grillte kosmische Strahlung die Erdoberfläche? Viele Forscher behaupten, nichts davon sei passiert. Doch niemand weiß es wirklich. Die erschwerte Kompass-Navigation scheint dabei noch das geringste Problem zu sein: GPS und andere Satellitengestützte Systeme ersetzen die antiquierte Magnetnadel schon heute. Doch gerade die Satelliten sind als erstes in Gefahr, wenn Sonnenwinde und kosmische Strahlung der Erde immer näher auf die Pelle rücken.

Hermann Lühr vom Geo-Forschungs-Zentrum Potsdam soll deshalb für die europäische Raumfahrtbehörde ESA des Rätsels Lösung finden. Er bringt das Satellitenprojekt "Swarm" auf den Weg, das vorhersagen soll, wie sich das Magnetfeld weiter entwickelt. Drei Satelliten sollen ab 2009 die Erde umkreisen, um die Vorgänge im Erdinneren genau zu messen. Wenigstens im All will man so gut wie möglich vorbereitet sein, wenn der blaue Planet in Zukunft seinen Mantel wechselt.