Das Magnetfeld der Erde

Das Magnetfeld der Erde 

Das Magnetfeld der Erde ist auf drei Quellen zurückzuführen: 

� Das Hauptfeld mit Quelle im äußeren Erdkern (>90%) 

� Den Krustenmagnetismus 

� Ionosphärische und magnetosphärische Stromsysteme 

(c) Volker Liebig 

Bild: NASA

Der Geodynamo - Entstehung des inneren 

Magnetfeldes 

� Erddynamo 

Gleichstromgenerator mit 

Selbsterregung (Werner v. 

Siemens 1867) 

� turbulente Konvektionsströmungen 

(ca. 0,05 cm/s) 

im leitfähigen Gesteins des 

äußeren Erdkerns 

� Magnetisches Multipolfeld 

(4/0,3 Gauß) (poloidal) im 

Außenraum der Erde als 

Sekundärfeld eines 

ringförmigen Torusfeldes 

(ca. 100-500 Gauß) GFZ 

(c) Volker Liebig

Gesteinsmagnetismus des Krustenfeldes 

� Gesteinsmagnetismus äußert sich in 

lokalen Anomalien (Kompaßabweichung) 

� Gesteinsmagnetismus beruht auf 

magnetischen Mineralien, vor allem 

Magnetit (Fe 3 O 4 ) 

� Die stärksten Anomalien findet man 

über Erzlagern bei Kursk (Rußland) und 

Kiruna (Schweden) 

� Magnetfeldmessungen werden zur 

Lagerstättenprospektion eingesetzt 


Aeromagnetische Karte mit lokalen 

Anomalien des Magnetfedles (NOAA)

Magnetisches Außenfeld 

� Durch den Sonnenwind 

induzierte Ströme 

in Ionosphäre und 

Magnetosphäre erzeugen 

sich schnell 

ändernde Magnetfelder, 

die sich dem 

Innenfeld überlagern 

� Hauptsysteme sind 

polarer und 

äquatorialer Elektrojet 


Lühr, GFZ 

�Die äußeren Anteile 

erzeugen alle “kurz”periodischen Variationen des Magnetfeldes

Der Sonnenwind 

� Ständiger Strahlungsund 

Partikelstrom von 

der Sonne 

� Abhängig von der 

Sonnenaktivität 

� Abschirmung der Erde 

durch Magnetfeld 

� Sonneneruption: 

– Strahlung (8 Min.) 

– Solare kosmische Strahlung, Atomkerne (15 Min. - 1 Std.) 

– Ionen und Elektronen (20-50 Std.) 

(c) Volker Liebig

Space Weather 

� Das Magnetfeld der Erde 

schützt uns vor der 

elektromagnetischen 

Strahlung der Sonne und 

vor einfallenden Partikeln 

� In hohen Breiten, wo die 

Feldlinien senkrecht 

stehen kann es bei 

solaren Stürmen zu 

Schäden an Umspannwerken 

und Stromleitungen 

kommen 

� Auch Satelliten können 

ausfallen 

� Man spricht von Space 

Weather Bilder: NASA 

(c) Volker Liebig

Mathematisches Modell des Magnetfeldes 

Geomagnetisches Potential: 

¥ n 

Ø a n+ 

1 m 

m ø m 

V( r, q, l, t) = a Œ( 

) ( gn cos(m l) + hn 

sin(m l)) Pn 

(cos J) 

n m º r 

œ 

= 1 = 0 

ß 

r: Radialentfernung 

a: Äquatorradius der Erde 

l: 

Länge 

J: 

Poldistanz (90 -Breite) 

m 

P : normierte Kugelfunktionen nach A.Schmidt 

n 

m m 

g , h : Gauß Koeffizienten 

n 

n 

Säkularvariation: 

. ¥ n 

m 

m 

Ø a . . 

n+ 

1 

ø 

V( r, q, l, t) = a Œ( 

) ( gn cos(m l) + hn 

sin(m l)) 

m º r 

œ 

n= 

1 = 0 

ß 


P 

m 

n 

(cos J)

Mathematisches Modell des Magnetfeldes 


Gaußsche Koeffizienten 

für die Epoche 1960: 

0 

1 

g = - 3041 nT h = + 560 nT 

1 

1 

1 

g = - 215 nT h = -191 

nT 

1 

0 

2 

g = - 160 nT h = + 21 nT 

2 

1 

g = + 296 nT 

2 

2 

g = + 155 nT 

2 

Magnetisches Moment 

0 2 1 2 

M = ( g ) + ( g ) + (h ) a 

1 

1 

n > 1: 

Re stfeld, 

Nicht - Dipolfeld 

1 

2 

2 

M des Dipolfeldes (n = 1): 

1 

1 

2 3

Die magnetische Elemente 

X = H* 

cos(D) 

Y = H* 

sin(D) 

Z = H* tan(I) = F* 

cos(I) 

F = X + Y + Z = H + Z 

tan(D) = Y / X 

2 2 2 2 2 

tan(I) = Z / H = 


Z 

X + Y 

2 2 

H: 

Horizontalkomponente 

D: Deklination, Mißweisung, 

Winkel zwischen mag. Nord (H) und 

geogr. Nord 

I: Inklination, Winkel zwischen Feldvektor F 

und Horizontalebene 

F: 

Feldvektor 

T = F : Totalintensität 

E 

Y 

S 

Zenit 

Z 

Nadir 

W 

Komponentenzerlegung des Erdmagnetfeldes an einem 

Beobachtungspunkt 

D = const.: Isogonen; I = const.: Isoklinen; F, H = const.: Isodynamen 

I 

D 

F 

H 

X 

N

Deklinationskarte 

� Die Kenntnis des sich 

ändernden Magnet- 

feldes ist die Voraus- 

setzung für jede 

Navigation mit dem 

Kompaß 

� Die Karten der 

Deklination (Miß- 

weisung) werden für 

jede 5 Jahres Epoche 

erstellt, zusammen 

mit der Vorhersage 

der jährliche Änderung 

� Diese Angabe findet sich auch in jeder Navigationskarte (See-, Fliegerkarte) 


US DoD/USGS

Eigenschaften des Magnetfeldes 

� Die Richtung des magnetischen Hauptfeldes hat sich in den 

letzten 100 Jahren praktisch nicht geändert 

� Das Restfeld ist in seiner Lage nicht konstant (Westdrift) 

� Die Lage der geomagnetischen Pole (H=0) war nie weiter als 

30° vom geographischen Pol entfernt (Paläomagnetismus) 

� Die letzten 100 Mio. Jahre hat es eine Vielzahl von 

Polumkehrungen gegeben 

� Das magnetische Moment der Erde hat seit etwa 300 Jahren 

stetig abgenommen (seit 1845 um ca 5% ) 

� Es existiert eine Korrelation zwischen dem säkularen Gang 

der Tageslänge und der Veränderung der Westdrift 

(c) Volker Liebig

Anomalien des Restfeldes 


GFZ

(c) Volker Liebig

Lühr, GFZ


Lühr, GFZ

Abnahme des Magnetischen Momentes 

magn. Moment (10 22 Am 2 ) 


9,4 

9,2 

9 

8,8 

8,6 

8,4 

8,2 

8 

7,8 

nach Lühr, GFZ 

1600 1700 1800 1900 2000 

Jahr

Das Magnetfeld der Erde 

Literatur: 

� Kertz Walter, Einführung in die Geophysik I u. II, BI 275, 535 

1969 u. 1971 

� Schick R. und Schneider G., Physik des Erdkörpers, 

Ferdinand Enke Verlag Stuttgart, 1973 

� Angenheister G., Soffel H., Gesteins- und 

Paläomagnetismus, Gebrüder Bornträger, 1972 

Internet: 

� www.gfz-potsdam.de 

� geomag.usgs.gov 

� wwwssl.msfc.nasa.gov 

(c) Volker Liebig

Das Magnetfeld der Erde

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