Stel je een staafmagneet voor binnen de aarde, min of meer uitgelijnd met de as, waar de uiteinden van die magneet dicht bij de geografische noord- en zuidpool van de planeet liggen. De magnetische veldlijnen gaan van de noordpool van de magneet en lopen terug in de richting van de zuidpool. Bij elke pool zijn de magnetische veldlijnen bijna verticaal.
Hoewel er zeker geen magnetische balk in de aarde is, doet hetzelfde fenomeen zich voor rond de aarde, en creëert een beschermend gebied rond de hele planeet, de magnetosfeer genaamd, volgens NASA. De magnetosfeer van de aarde beschermt ons tegen schadelijke kosmische straling en zonnewind en is verantwoordelijk voor de prachtige aurorale weergaven die te zien zijn op de hoge breedtegraden van de noordelijke en zuidelijke hemisferen.
De magnetische en geografische polen van de aarde liggen tegenover elkaar. Met andere woorden, de magnetische zuidpool van de aarde bevindt zich in de buurt van de geografische noordpool. Dus als we een kompas gebruiken om onze locatie te bepalen, wijst de kompasnaald eigenlijk naar de magnetische zuidpool op het noordelijk halfrond en naar de magnetische noordpool op het zuidelijk halfrond.
De magnetische polen zijn niet vast en zwerven een beetje over het oppervlak van de planeet ten opzichte van de geografische polen. Ongeveer 75 procent van de intensiteit van het magnetische veld van de aarde wordt vertegenwoordigd door de 'magnetische balk'. De andere 25 procent van de intensiteit van het magnetische veld van de aarde, dat kan worden gezien als kleinere staafmagneten die bewegen, is afkomstig van kleinere delen van bewegend magma en kan de polen laten bewegen.
Gebaseerd op gegevens die in februari 2019 door de nationale centra voor milieu-informatie zijn vrijgegeven, bevindt de magnetische noordpool zich op 86,54 N 170,88 E, binnen de Noordelijke IJszee en gaat van Canada naar Siberië. De magnetische zuidpool bevindt zich op 64.13 S 136.02 E, net voor de kust van Antarctica in de richting van Australië.
Waar komt het veld vandaan?
Hoewel het nog steeds een beetje een mysterie is, zijn wetenschappers het er over het algemeen over eens dat het magnetische veld van de aarde diep in de kern van de planeet begint. De buitenste kern van de planeet bestaat uit gesmolten metalen, voornamelijk ijzer, dat een geleider is.
'Karnen, gesmolten metaal in de buitenste kern genereert het veld door wat bekend staat als dynamo-actie', zegt Aleksey Smirnov, een professor in de geofysica aan de Michigan Technological University.
Dynamo-actie, of de dynamo-theorie, beschrijft de manier waarop een planeet een magnetisch veld kan ondersteunen. De dynamo, of bron van het magnetische veld, wordt gecreëerd door een roterend, convecterend en elektrisch geleidend materiaal, zoals het gesmolten ijzer in de aarde.
"Er zwerven veel geïoniseerde atomen en vrije elektronen rond, en er is een complexe vorm van convectie in het interieur, gecombineerd met de natuurlijke rotatie van de aarde - er zijn veel bewegende ladingen", zegt Doug Ingram, een natuurkundige en astronomie professor aan de Texas Christian University.
Wetenschappers zijn van mening dat de ladingen die worden veroorzaakt door het bewegende metalen materiaal, rond het equatoriale gebied van de aarde bewegen in een cirkelvormige beweging die de magnetische polen van het noorden en het zuiden aan het oppervlak genereert, zei Ingram.
Waarom bewegen de palen?
De dynamo van de aarde is hardnekkig, maar onstabiel. Op dit moment verandert het magnetische veld snel, waarbij de magnetische noordpool een plotselinge sprong naar Siberië maakt. Sinds de jaren negentig is de magnetische noordpool gemiddeld ongeveer 35 mijl (55 km) per jaar verschoven, volgens een studie uit 2019, gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
Verstoringen in het stromende, metalen magma kunnen volgens Smirnov de oorzaak zijn van de instabiliteit in het magnetische veld die tot dergelijke poolverschuivingen kan leiden. De beweging van het vloeibare ijzer diep onder Canada kan het magnetische veld op die locatie enigszins verzwakken, waardoor de magnetische noordpool naar Siberië kan bewegen, aldus het Nature-artikel.
Andere elektromagnetische afwijkingen zijn over de hele wereld te zien, zoals in zuidelijk Afrika waar een magnetische veldstoring, vergelijkbaar met een wervel in een stroom, kan worden veroorzaakt door een dichter deel van de mantel nabij de grens met de vloeibare buitenste kern van de planeet.
Geschiedenis van poolverschuiving en omkering
Terwijl de polen constant in beweging zijn, zijn ze volgens NASA de afgelopen 3 miljard jaar ook minstens een paar honderd keer volledig omgekeerd. Tijdens dit proces, dat typisch elke 200.000 tot 300.000 jaar plaatsvindt in de loop van 100 tot een paar duizend jaar tegelijk, wordt het magnetische veld platgedrukt en getrokken met meerdere polen die willekeurig over het aardoppervlak omhoog schieten. De laatste volledige omkering vond ongeveer 780.000 jaar geleden plaats.
De geschiedenis van het magnetische veld, inclusief verschuivingen en omkeringen, wordt bewezen in het geologische record. Metalen gevonden in gesteenten, waaronder ijzer, worden uitgelijnd met het magnetische veld voordat gesmolten gesteenten stollen of als fragmenten die de magnetische metalen bevatten die zijn uitgelijnd met het magnetische veld en zich nestelen in lagen van sedimentair gesteente.
"Aangezien de aarde een dynamische en steeds veranderende plaats is, zijn er gedurende de geologische tijd voortdurend nieuwe rotsen en hun magnetische records gegenereerd", zei Smirnov, eraan toevoegend dat deze records miljoenen of miljarden jaren kunnen worden bewaard.
Soortgelijke records zijn te vinden op de bodem van de Atlantische Oceaan, waar voortdurend nieuwe zeebodem wordt gecreëerd op de mid-Atlantische rug.
'Terwijl de lava naar de oppervlakte stroomt, wordt hij gesmolten en oriënteren de ijzerdeeltjes die in de lava hangen zich in de richting van het heersende magnetische veld van de aarde', zei Ingram. Terwijl de lava stolt, vergrendelt het de metaalafzettingen op zijn plaats en creëert zo een historisch verslag van de verschuivingen en omkeringen van het magnetische veld van de aarde.
Wat betekenen deze zwervende en omdraaiende palen voor het leven op onze planeet? Er zijn geen drastische veranderingen in het fossielenbestand voor planten- of dierenleven tijdens zowel verschuivingen als omkeringen, volgens NASA, wat suggereert dat de effecten van poolomkering op het leven minimaal zijn. Hoewel er enige speculatie is onder wetenschappers dat tijdens perioden van verminderde magnetische veldsterkte meer kosmische straling het aardoppervlak zou kunnen hebben bereikt en een verhoogde mate van genetische mutatie zou hebben veroorzaakt, en daardoor de evolutie een boost gaf, zei Smirnov.
