Magnetfeldverschiebung: Der Nordpol wandert nicht mehr - er rennt

Für den 30. Januar haben sich Geophysiker aus den USA und Großbritannien zu einem ungewöhnlichen, für die ganze Welt bedeutsamen Schritt entschlossen: Sie aktualisieren vorzeitig das "World Magnetic Model", das Weltmagnetmodell. Täten sie es nicht, würden Piloten, Schiffskapitäne und sogar Nutzer von Google Maps demnächst dumm aus der Wäsche schauen, wenn ihr GPS mal ausfällt.

Denn nur dank des Magnetmodells funktioniert die präzise Navigation per Kompass. Es beschreibt das Magnetfeld der Erde. Etwa wie der magnetische Nordpol zum geografischen Nordpol steht. Denn die beiden sind keinesfalls identisch. Im Gegenteil: Der magnetische Nordpol – der Ort, wo die Feldlinien des Erdmagnetfelds senkrecht in die Erde stoßen –, liegt mehrere hundert Kilometer vom geografischen entfernt. Und er wandert. In den letzten Jahren sogar immer schneller. Er wandert nicht mehr, er rennt.

Magnetpole stehen sich nicht genau gegenüber

Das Magnetfeld der Erde ist wichtig für alles Leben. Es schützt vor tödlicher Strahlung aus dem All. Und manchen Tieren dient es zur Orientierung – seit wir den Kompass erfunden haben, auch uns Menschen. Da wir heutzutage auf unseren Reisen rund um den Globus aber recht genau navigieren wollen, haben Wissenschaftler das Weltmagnetmodell entwickelt. Damit wir nicht nur ungefähr, sondern ganz genau wissen, wo Norden ist.

Dazu beschreibt das Modell nicht nur, wo sich die magnetischen Pole gerade befinden, sondern auch, wie die Magnetfeldlinien verlaufen, an denen sich der Kompass ausrichtet. Denn auch deren Netz, das den Globus von Nord- zu Südpol umspannt, ist keineswegs symmetrisch. Magnetpole stehen sich nicht genau gegenüber, sie wandern auch nicht im Gleichschritt. Und das Netz der Feldlinien hat Dellen: Sie verlaufen nicht überall geradlinig, die Feldstärke ist an manchen Stellen schwächer als anderswo.

Das hat mit der Ursache des Magnetfelds zu tun: Es entsteht durch Bewegungen im Inneren der Erde. Aus dem festen, bis zu 5000 Grad heißen Kern aus Eisen und Nickel steigt Hitze auf und führt im äußeren, flüssigen Kern, der ebenfalls großteils aus Eisen besteht, zu Konvektionsströmungen. Material dringt nach außen, kühlt sich wieder ab und sinkt in einem Kreislauf zurück in tiefere Schichten. Wegen der Erdrotation kommt es auch zu seitlichen Bewegungen. Und weil das Material elektrisch leitfähig ist, bildet sich dabei das Magnetfeld rund um unseren Heimatplaneten.

Seit den 90er Jahren wandert der Nordpol 50 Kilometer pro Jahr

"Die Zirkulation kann man sich vorstellen wie kochendes Wasser in einem Topf", sagt Achim Morschhauser, wissenschaftlicher Mitarbeiter am geomagnetischen Observatorium Niemegk des Deutschen Geoforschungszentrums (GFZ) in Potsdam. "Die Hitze steigt von unten auf und hält alles in Bewegung. Und an diese Bewegungen sind die Magnetfeldlinien gekoppelt. Wie Spaghetti, die man in das kochende Wasser wirft, werden auch sie laufend verschoben."

Es ist ein dynamisches System mit vielen Unregelmäßigkeiten, in dem sich Bewegungen immer wieder auch mit Gegenbewegungen abwechseln. Im Extremfall kommt es sogar zu einer kompletten Umpolung: Der magnetische Nordpol wird dann zum Südpol und umgekehrt. Genau genommen ist der Nordpol zurzeit magnetisch gesehen tatsächlich ein Südpol. Im Schnitt kommt das alle 250.000 Jahre vor, wie Analysen von magnetisierten Eisenpartikeln in alten Gesteinsschichten ergeben haben. Die letzte Umpolung der Erde ist schon 780.000 Jahre her – die nächste erscheint also überfällig.

Womöglich ist die Raserei des Nordpols sogar ein Vorbote dafür. Während er im Laufe des 20. Jahrhunderts zehn bis 15 Kilometer pro Jahr zurücklegte und dabei vom Norden Kanadas relativ geradlinig durch das arktische Meer Richtung Ostsibirien wanderte, hat er seit den 90er Jahren auf über 50 Kilometer pro Jahr beschleunigt. Das muss aber keine Umpolung zur Folge haben. Manche Forscher glauben auch, die Ursache für seine Eile liege in einem über 400 Kilometer breiten horizontalen Strom flüssigen Eisens, den sie vor zwei Jahren 3000 Kilometer unter Kanada und Russland entdeckt haben und der mit gut 40 Kilometern pro Jahr Richtung Europa unterwegs ist – drei Mal schneller als das Material im äußeren Erdkern üblicherweise strömt.

Über das Innere der Erde ist wenig bekannt

"Theoretisch kann der Pol seine Bewegungsrichtung aber auch jederzeit ändern, wie er es im 19. Jahrhundert mehrfach getan hat", sagt Achim Morschhauser. „Darin liegt das Problem: Wir kennen die Konvektionsströme im Erdkern zu wenig, um solche Effekte vorherzusehen.“

Eigentlich weiß die Forschung über das Innere der Erde immer noch weniger als über das der Sonne. Ähnlich unvorhergesehen können sogenannte geomagnetische Impulse auftreten, vergleichsweise plötzliche Spitzen in der Zirkulation im Erdkern. Wie besonders große Blubberblasen im Kochtopf sorgen diese Ausbrüche für starke Störungen des Erdmagnetfelds.

Andere Verzerrungen sind von längerer Dauer: Schon seit fast 200 Jahren – Alexander von Humboldt stellte das damals fest –, wissen wir, dass das Magnetfeld über dem Südatlantik, inklusive Südamerika und Südafrika, besonders schwach ist. Satelliten, die diese Region überfliegen – aber auch Lebewesen am Boden – sind dadurch einer erhöhten Strahlung aus dem All ausgesetzt. Experten nennen das die „südatlantische Anomalie“. Ähnlich wie die Beschleunigung des Nordpols könnte auch sie eine Umpolung ankündigen. Muss sie aber nicht. Oft hat sich das Magnetfeld von solchen Schwächephasen wieder erholt.

Normalerweise wird das Modell nur alle fünf Jahre aktualisiert

Jedenfalls führen solche Effekte dazu, dass die Geophysiker ihr Modell nun vorzeitig aktualisieren. Normalerweise tun sie das alle fünf Jahre: Das Modell beschreibt den aktuellen Zustand und rechnet hoch, wie sich das Feld in den folgenden Jahren weiterentwickelt – wohin sich zum Beispiel der Nordpol bewegen wird. Dazu nutzen die Forscher Messdaten von Satelliten und erdgebundenen Observatorien, die über den ganzen Globus verteilt sind.

"Aber die Vorausberechnungen sind linear", sagt Morschhauser. "Wenn da eine kurzfristige Anomalie dazwischenkommt, stimmt die Vorhersage nicht mehr." 2016 etwa, nur ein Jahr, nachdem die Forscher ihr Modell zuletzt aktualisiert hatten, trat unter Südamerika ein heftiger geomagnetischer Impuls auf, der die tatsächliche Entwicklung von der Voraussage abweichen lässt. "Seither ist der Fehler immer größer geworden", sagt Arnaud Chaulliat von der Universität in Boulder Colorado, der am Weltmagnetmodell mitarbeitet, dem Fachblatt "Nature".

Jetzt ist die Schwelle der Toleranz erreicht. Die Verantwortlichen des Weltmagnetmodells müssen handeln. Sonst werden die Abweichungen in der Navigation so groß, dass ein Pilot aus den USA bei einem Transatlantikflug per Kompasspeilung statt in Berlin womöglich in Luckenwalde landen würde.