Het aardmagnetisch veld
Op 23 februari 1999 vertrok de Ørsted-satelliet vanaf de luchtmachtbasis Vandenberg in Californië. Hij woog slechts 62 kilo en was niet groter dan twee bierkratten op elkaar. Toch was hij enorm belangrijk voor onze kennis van het aardmagnetisch veld.
Met twee magnetometers meet de Ørsted-satelliet gegevens over het aardmagnetisch veld. Daaruit bleek onder meer dat de magnetische polen van de aarde tot 50 kilometer per jaar verschuiven en mogelijk op het punt staan van plaats te verwisselen.
Als dit gebeurt, wordt het aardmagnetisch veld veel zwakker, wat grote gevolgen kan krijgen.
Het aardmagnetisch veld werkt als een schild tegen ruimtestraling, en als de verdediging van de planeet uitvalt, wordt de aarde bestookt met gevaarlijke deeltjes, wat het bestaan van de mens kan bedreigen.
Het aardmagnetisch veld buigt de straling van de zon af en stuurt gevaarlijke deeltjes verder de ruimte in.
Wat is het aardmagnetisch veld?
Het aardmagnetisch veld werd voor het eerst beschreven in 1600 in het proefschrift The Magnets van de Engelse natuurfilosoof en arts William Gilbert. Daarin liet Gilbert zien dat een kompasnaald naar het noorden wijst omdat de aarde zich blijkbaar gedraagt als een grote magneet.
In 1820 ontdekte de Deense natuurkundige H.C. Ørsted dat elektrische stromen magneetvelden vormen, en in 1839 toonde de Duitse wiskundige Carl Friedrich Gauss aan dat het aardmagnetisch veld vooral ontstaat door processen binnen in de aarde.
Het eerste gedetailleerde overzicht van de kracht en richting van het aardmagnetisch veld werd in 1980 geleverd door NASA’s Magsat-satelliet, maar die stuurde slechts acht maanden gegevens door. Later volgde de Ørsted-satelliet in 1999, en na 2013 brachten de zogeheten Swarm-satellieten het aardmagnetisch veld met ongekende precisie in kaart.
De Swarm-satellieten bestaan uit de satellieten Alpha, Bravo en Charlie, die samen de kracht en richting van het aardmagnetisch veld meten. Door de samenwerking zijn de metingen tien keer zo nauwkeurig als met één satelliet.
Tegenwoordig weten we dat het aardmagnetisch veld voornamelijk ontstaat door stromingen in de buitenste, vloeibare laag van de kern van de aarde.
De belangrijkste kracht voor de instandhouding van het aardmagnetisch veld is de rotatie van de aardbol. Als de aarde draait, houdt hij de zogeheten geodynamo op gang in het binnenste van de planeet. Een dynamo zet kinetische energie om in elektrische energie.
In het geval van de aarde bestaat de dynamo uit stromen vloeibaar ijzer in de buitenste aardkern. De rotatie van de bol houdt het ijzer in beweging, waardoor er een magneetveld ontstaat. Als het magneetveld de magnetische en elektrisch geleidende materie naar binnen trekt, ontstaan er nieuwe elektrische stromen in het ijzer, die op hun beurt weer nieuwe magneetvelden creëren.
Zo werkt het aardmagnetisch veld
Het aardmagnetisch veld ontstaat in het buitenste deel van de kern van de planeet doordat vloeibaar ijzer in beweging is. Het magneetveld beschermt tegen schadelijke ruimtedeeltjes, die vooral afkomstig zijn van de zon.
Rotatie brengt het binnenste van de aarde in beweging
Doordat de aarde om zichzelf draait, houdt hij zijn geodynamo eindeloos aan de gang in de buitenste aardkern van vloeibaar ijzer.
Vloeibare ijzerstromen vormen magneetveld
De bewegingen van het ijzer veroorzaken elektrische stromen, en die vormen magneetvelden in een zelfversterkend proces.
Aardmagnetisch veld vormt een schild om de aarde
De golvingen van het ijzer creëren een magneetveld dat de aarde beschermt tegen straling van schadelijke deeltjes van de zon.
Aardmagnetisch veld wordt zwakker
Een sterk en stabiel magneetveld is de voorwaarde voor onze moderne beschaving. Het aardmagnetisch veld fungeert als een schild dat deeltjes van de zonnewind afbuigt, zodat de meeste straling de aarde niet raakt.
Maar in de afgelopen 175 jaar is het aardmagnetisch veld steeds krachtelozer geworden, en nu is het 9 procent zwakker dan in 1840, blijkt uit satellietmetingen.
De reden voor de verzwakking van het aardmagnetisch veld is nog niet helemaal duidelijk.
Volgens de onderzoekers kan dit komen doordat we te maken hebben met een zogeheten ompoling, waarbij de magnetische polen op noord en zuid van plaats verwisselen.
Tijdens een ompoling heerst er chaos in het aardmagnetisch veld. Computersimulaties laten zien dat de kracht daalt tot onder de 10 procent van het huidige niveau. Daarnaast ontstaan kleine, lokale magneetvelden die bijvoorbeeld navigatie met een kompas onmogelijk maken.
Van groot belang is een gebied onder de Indische Oceaan waar maalstromen van ijzer in de aardkern materiaal vanaf de zuidpool naar de evenaar verplaatsen.
Dergelijke bewegingen verzwakken het aardmagnetisch veld, stelt onderzoeker Chris Finlay van DTU Space, die de maalstroom heeft bestudeerd aan de hand van gegevens van onder meer de Swarm-satellieten.
‘Onze modellen laten zien dat de maalstroom de komende decennia een verzwakking van het aardmagnetisch veld zal blijven veroorzaken,’ zegt Chris Finlay.
Aardmagnetisch veld beschermt tegen aanvallen uit de ruimte
De polen zijn tijdens het bestaan van de aarde verschillende keren van plaats veranderd. Dit gebeurde voor het laatst 790.000 jaar geleden, toen de magnetische noordpool van Antarctica verschoof naar de huidige locatie op de Noordpool.
De onderzoekers zijn het er niet over eens wanneer de volgende ompoling zal plaatsvinden, maar de gevolgen van een zwakker magneetveld staan niet ter discussie.
Door de verzwakking van het aardmagnetisch veld zal de straling vanuit de ruimte toenemen. Energierijke deeltjes zullen door onze atmosfeer breken, kwetsbare elektronica vernielen en gaten in de ozonlaag veroorzaken, waardoor schadelijke uvb-straling van de zon kan binnendringen, met onder andere meer huidkanker tot gevolg.
VIDEO: NASA houdt gat in aardmagnetisch veld in de gaten
Het zwakste gebied in het aardmagnetisch veld, de zogeheten Zuid-Atlantische anomalie, strekt zich uit van Chili in Zuid-Amerika tot Zimbabwe in Afrika. Het groeit en wordt steeds zwakker. NASA houdt dit ‘gat’ in het aardmagnetisch veld nauwlettend in de gaten, omdat het problemen kan veroorzaken voor satellieten in het gebied, die dan niet langer beschermd zijn tegen zonnedeeltjes.
Het goede nieuws is dat het aardmagnetisch veld weer op krachten zal komen zodra de ompoling heeft plaatsgevonden.
Van een totale ineenstorting van het aardmagnetisch veld is daarom geen sprake, en als het gebeurt, is het pas over miljarden jaren, schatten de onderzoekers.