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Der magnetische Nordpol ist auch nicht mehr das, was er einmal war. Denn der Punkt, an dem die Feldlinien des Erdmagnetfelds senkrecht in die Erde laufen, verändert seine Position rapide. Anfang des 20. Jahrhunderts bewegte er sich mit 16 Kilometern pro Jahr in Richtung Nord-Nord-West. In den 1990er-Jahren beschleunigte sich sein Tempo auf 55 Kilometern pro Jahr, heute sind es noch 48 Kilometer.

de schutzschild erde magnetfeld esa Das Magnetfeld der Erde dient gleichzeitig als Schutz vor kosmischer Strahlung und geladenen Teilchen, die bei Sonnenwind auf uns zukommen. (ESA/AOES Medialab)

Messen lässt sich die Wanderung, seit der britische Entdecker James Clark Ross den Magnetpol 1831 auf der Boothia-Halbinsel ganz im Norden des kanadischen Festlands entdeckte. Im Jahr 1903 fand ihn der Polarforscher Roald Amundsen schon ein Stück weiter nördlich, und 1947 hatte er sich 400 Kilometer nach Nord-Nord-West auf die Prince-of-Wales-Insel bewegt. 2018 überquerte er die Datumsgrenze und wandert seither durch die östliche Hemisphäre in Richtung Sibirien.

Wanderung bleibt nicht ohne Folgen

Derzeit liegt der Magnetpol vier Grad südlich vom geographischen Nordpol mitten im Polarmeer. „Er kommt von einem weiter vom geographischen Pol entfernten Ort und ist diesem jetzt sehr nah“, erklärt der Geophysiker Arnaud Chulliat von der University of Colorado in Boulder im Wissenschaftsportal „LiveScience“. „Bewegt er sich weiter in diese Richtung, wird er am geographischen Pol vorbeiziehen und sich wieder von ihm entfernen, aber auf der anderen, nämlich der russischen Seite der Erde.“

Die rasante Wanderung hat Folgen. Denn sie verändert das sogenannte Weltmagnetmodell („World Magnetic Model“, kurz WMM), mit dem Wissenschaftler das Erdmagnetfeld so präzise wie möglich darstellen. Davon hängt nicht nur die Navigation per Magnetkompass ab, sondern auch die korrekte Funktion von Telefonnetzen und globalen Positionierungssystemen (GPS). Letztere werden in vielfältigen Anwendungen vom Militär und den internationalen Raumfahrtorganisationen, aber auch von Luftlinien, Reedereien, Rettungsdiensten sowie in der Forst- und Landwirtschaft genutzt.

WMM wird von vielen verwendet

Auch Kartographen, Telefongesellschaften und Hersteller elektronischer Geräte verwenden die vom WMM abgeleiteten Daten. Das WMM ist beispielsweise in Handy-Betriebssystemen integriert, um mögliche Abweichungen der Kompassanzeige zu korrigieren.

Um das Modell aktuell zu halten, wird es in Abständen aktualisiert. Zuletzt war dies 2015 der Fall, das nächste Update hatten Wissenschaftler der US-Meeres- und Atmosphärenbehörde NOAA und des British Geological Survey, die diese mathematische Repräsentation des Magnetfelds erstellen, für 2020 geplant. Doch die beschleunigte Polwanderung machte ihnen einen Strich durch die Rechnung. „Wir bewerten regelmäßig die Qualität und Genauigkeit des Modells, indem wir es mit neuen Messdaten vergleichen“, betont Chulliat. „Im Januar 2018 bemerkten wir, dass sich die Abweichung relativ schnell erhöhte, insbesondere in der Arktis.“

WMM wurde vorzeitig aktualisiert

Das bedeutete, dass die Fehlerrate des Modells den festgelegten Rahmen noch vor Ende der Fünf-Jahres-Periode übersteigen würde. Tatsächlich war die Schwelle, ab der die Abweichung eine präzise Navigation gefährdet, im vergangenen Sommer schon beinahe überschritten.

Deshalb beschlossen die beteiligten Forscher, das WMM vorzeitig zu aktualisieren. Sie speisten die neuesten Daten ein, um zu sehen, wo der Pol künftig liegen würde. Am 15. Januar wollten sie das aktualisierte Modell freigeben, doch der Regierungsstillstand in den USA funkte ihnen dazwischen, so dass sich die Veröffentlichung auf Ende Januar verschob. Die neue Version gilt jedoch nur bis Ende 2019, dann wird sie vom regulären Update des WMM ersetzt.

Magnetischer Südpol verhält sich anders

Das Magnetfeld der Erde wird im flüssigen äußeren Erdkern erzeugt. (ESA/AOES Medialab)

Merkwürdigerweise wandert der magnetische Südpol nicht auf vergleichbare Weise. Laut dem Geoforschungszentrum Potsdam bewegt er sich mit rund 15 Kilometer pro Jahr vom geographischen Südpol weg und liegt seit den 1990er-Jahren relativ stabil vor der Ostantarktis im Polarmeer.

Die Ursachen für den Unterschied sind tief unter unseren Füssen im Erdinnern verborgen. Dort, in etwa 3200 Kilometern Tiefe, liegt der sogenannte Geodynamo, der das Erdmagnetfeld erzeugt: Im Erdkern, der größtenteils aus flüssigem Eisen besteht, steigt heißes Magma bis an die Grenze zum Erdmantel auf. Dort gibt es seine Wärme ab, kühlt aus und sinkt wieder in die Tiefe. Zugleich rotiert der Erdkern.

Warum wandern die Magnetpole?

Durch diese sich überlagernden Bewegungen fließt, wie bei einem Fahrraddynamo, im glutflüssigen Erdinnern ein Strom. Er erzeugt das Magnetfeld, das den ganzen Globus einhüllt. Die Magmaströme ändern sich jedoch dynamisch und sind in manchen geologischen Epochen stärker, in anderen schwächer. Als Folge des variierenden Geodynamos sind die Magnetpole nicht deckungsgleich mit den geographischen Polen, und sie können umherwandern.

Im Normalfall hat das Erdmagnetfeld zwei Pole. Doch offenbar kommt es in Abständen zu Störungen im Geodynamo. Sie destabilisieren das Feld. Es wird schwächer, gleichzeitig bilden sich weitere Magnetpole aus. Möglicherweise durchläuft der magnetische Nordpol gerade eine solche Phase.

Stecken Magnetfeldflecken hinter dem Phänomen?

Darauf deuten jedenfalls Forschungen des Geophysikers Phil Livermore von der britischen Universität Leeds hin, die er im vergangenen Dezember bei der Jahrestagung der Amerikanischen Geophysikalischen Gesellschaft in der US-Hauptstadt Washington präsentierte. Demnach stecken hinter dem Phänomen des wandernden Pols zwei Magnetfeldflecken, jeweils unter Sibirien und Kanada.

Sie entstehen durch einen 420 Kilometer breiten horizontalen Strom flüssigen Eisens, den Livermore vor zwei Jahren in 3000 Kilometer Tiefe entdeckte. Er fließt mit gut 40 Kilometern pro Jahr unter Kanada und Russland in Richtung Europa – das ist drei Mal schneller als sich das Material im äußeren Erdkern üblicherweise bewegt.

Tauziehen um den magnetischen Nordpol

Die Flecken veranstalteten eine Art Tauziehen um den magnetischen Nordpol. Offenbar schwächt sich der kanadische Fleck gerade ab. „Deshalb gewinnt der sibirische Fleck den Wettbewerb“, sagte Livermore dem Wissenschaftsjournal „nature“.

Im Extremfall kann es durch die Magmawirbel im Erdinnern zu einem so genannten Polsprung kommen – das heißt, das Erdmagnetfeld dreht seine Richtung um 180 Grad. Der magnetische Südpol wird dabei zum Nordpol.

Erde erlebte schon viele Polsprünge

Umpolungen des Magnetfeldes sind im Ozeanboden in magnetisierten Gesteinen gespeichert. (ESA/AOES Medialab)

Tatsächlich durchlebte die Erde schon viele Polsprünge. Denn Geologen fanden heraus, dass sich das Feld in Zeiträumen von 200.000 bis 300.000 Jahren umkehrt. Zuletzt ereignete sich dies vor 780 000 Jahren – der nächste Polsprung ist demnach mehr als überfällig. Allerdings gab es vor 41.000 Jahren eine teilweise Feldumkehr, die weniger als 1000 Jahre anhielt. Hätten die Frühmenschen damals schon einen Kompass besessen, hätte dessen Nadel nach Süden gezeigt.

Als sich die Polwanderung im Norden beschleunigte, dachten viele Geologen, eine neuerliche Feldumkehr könne bevorstehen. Doch der britische Forscher Livermore ist skeptisch. Es gebe keine Hinweise dafür, dass die lokalen Veränderungen in der Arktis Anzeichen für größere Ereignisse seien, verlautbart er. Doch ganz ausgeschlossen erscheint ein neuerlicher Polsprung nicht. Denn die Magmaströme im Erdinnern verhalten sich unvorhersehbar, manchmal vollführen sie sogar regelrechte Sprünge.

Technisierte Welt könnte vor Problem stehen

Im Jahr 2016 etwa gewannen welche unter dem nördlichen Teil Südamerikas und des östlichen Pazifiks an Fahrt – mit entsprechenden Folgen für das regionale Erdmagnetfeld. Einige Satelliten zeichneten die Veränderungen auf. Dieser „geomagnetische Impuls“ trat kurz nach der Aktualisierung des Weltmagnetmodells 2015 in Erscheinung, was zur Erfordernis einer raschen abermaligen Überarbeitung beitrug.

Es kann also schnell gehen mit einer Umpolung. Dies bestätigt eine frühere Studie, in der Geologen im US-Staat Oregon in alten Lavaströmen Spuren fanden, die auf eine Drehung des Magnetfelds um sechs Grad pro Tag hindeuten. Bei diesem Tempo dauert die Umpolung nur einen Monat. In diesem Fall hätte unsere technisierte Welt ein Riesenproblem. Denn für eine entsprechende Aktualisierung des WMM verliefe ein solcher Polsprung auf jeden Fall zu schnell.

Von Michael Odenwald