Das Erdmagnetfeld. Vom Erdkern ins Weltall. 1. Einführung. 2. Quellen. 3. Vermessung

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Das Erdmagnetfeld. Vom Erdkern ins Weltall. 1. Einführung. 2. Quellen. 3. Vermessung"

Katarina Hummel
vor 6 Jahren
Abrufe

1 Das Erdmagnetfeld Vom Erdkern ins Weltall 1. Einführung 2. Quellen 3. Vermessung S. Koch, Oktober 2015

2 Erdmagnetfeld - Einführung

3 Das Erdmagnetfeld - Einführung

Dieser Effekt wird allgemein unter Magnetismus verstanden.

4 Das Erdmagnetfeld - Einführung Was ist ein Magnetfeld? Die Vermittlung der magnetischen Kraft erfolgt über das Magnetfeld. Dieser Effekt wird allgemein unter Magnetismus verstanden. Wie entsteht Magnetismus? Elektromagnetismus Dauermagneten - Spin der Elementarteilchen

5 Das Erdmagnetfeld Das Erdmagnetfeld - Einführung

6 Das Erdmagnetfeld - Einführung F H Z D I

7 Das Erdmagnetfeld - Einführung Seit etwa 300 n. Chr. verwendeten chinesische Seefahrer Vorläufer des uns heute bekannten Kompasses zu Orientierungszwecken 1200 n. Chr. wird erstmals die Benutzung eines Kompasses dokumentiert William Gilbert, englischer Arzt und Naturphilosoph, erkannte als Erster, dass die Erde die Ursache für die Ausrichtung der Kompassnadel ist und veröffentlichte dies 1600 n. Chr. in seinem Werk,De Magnete

8 Das Erdmagnetfeld - Einführung Gerhard Mercator ( )

Das Erdmagnetfeld - Einführung Carl Friedrich Gauß baute 1832 das erste geophysikalische

führte zur etwa gleichen Zeit Messungen auf seinen Forschungsreisen durch Mit Gründung

gesammelt Um 1839 stellte Carl Friedrich Gauß eine umfassende Theorie auf, in der er mit

tatsächlich das Erdinnere ist Zur selben Zeit begannen systematische Beobachtungen von

9 Das Erdmagnetfeld - Einführung Carl Friedrich Gauß baute 1832 das erste geophysikalische Observatorium in Göttingen um das Erdmagnetfeld zu vermessen Alexander von Humboldt führte zur etwa gleichen Zeit Messungen auf seinen Forschungsreisen durch Mit Gründung des Magnetischen Verein um 1835 wurde das Erdmagnetfeld systematisch untersucht und Daten gesammelt Um 1839 stellte Carl Friedrich Gauß eine umfassende Theorie auf, in der er mit Hilfe des Potentialfeldes beweisen konnte, dass der Ursprung des Erdmagnetfeldes tatsächlich das Erdinnere ist Zur selben Zeit begannen systematische Beobachtungen von kurzzeitigen Variationen des Feldes. Gauß stellte fest, dass die Quellen hierfür außerhalb der Erde sein mussten

10 Das Erdmagnetfeld - Quellen Der Erdaufbau crust upper mantle 35 km 660 km lower mantle 2885 km outer core 5155 km inner core 6371 km s h d t

11 Der Erdaufbau Das Erdmagnetfeld - Quellen

12 Erdmagnetfeld - Quellen

13 Erdmagnetfeld - Quellen interne Quellen internal magnetic field sources ~99% of total geomagnetic field strength Krustenfeld crustal field crust upper mantle 35 km 660 km Heated magnetic minerals cool through their respective Curie temperature and record the direction and strength of the magnetic field. lower mantle 2885 km Geodynamo induced field outer core 5155 km External time varying primary (inducing) magnetic fields induce secondary (induced) magnetic fields in the electrical conducting subsurface structures of the Earth. inner core 6371 km core field The core field is generated by a dynamo process from rotation and convection of the electrical high conducting liquid outer core. The core field generates the main geomagnetic field with its first order dipolar characteristic.

14 Erdmagnetfeld - Quellen externe Quellen external magnetic field sources used for deep EM induction sounding ~1% of total geomagnetic field strength Sq current system (periods 3-24 h) The Sq current system is driven by atmospheric tides in the ambient magnetic field of the Earth. These tides are generated from solar heating of the atmosphere on the sunlit side of the Earth. The Sq current system has a double vortex structure with an anticlockwise (clockwise) vortex in the northern (southern) hemisphere and is stationary in the Earth-Sun line due to its solar origin with the Earth rotating underneath it (figure reprinted from magnetospheric ring current (periods > 24h) A westward drift of charged particles in the geomagnetic equatorial plane with a distance of 3-5 Earth radii forms the magnetospheric ring current. The strength of the ring current increases substantially during a geomagnetic storm event.

15 Erdmagnetfeld - Quellen interne Quellen internal magnetic field sources ~99% of total geomagnetic field strength Krustenfeld crustal field crust upper mantle 35 km 660 km Heated magnetic minerals cool through their respective Curie temperature and record the direction and strength of the magnetic field. lower mantle 2885 km Geodynamo induced field outer core 5155 km External time varying primary (inducing) magnetic fields induce secondary (induced) magnetic fields in the electrical conducting subsurface structures of the Earth. inner core 6371 km core field The core field is generated by a dynamo process from rotation and convection of the electrical high conducting liquid outer core. The core field generates the main geomagnetic field with its first order dipolar characteristic.

Innere Quellen Der Geodynamo Jeder elektrische Stromleiter ist von magnetischen Feldlinien umschlossen in Leitern, die quer zu Magnetfeldlinien bewegt werden, wird eine elektrische Spannung induziert

16 Innere Quellen Der Geodynamo Jeder elektrische Stromleiter ist von magnetischen Feldlinien umschlossen in Leitern, die quer zu Magnetfeldlinien bewegt werden, wird eine elektrische Spannung induziert und es fließt ein elektrischer Strom in elektrisch gut leitenden Flüssigkeiten wie etwa metallischen Schmelzen sind die Magnetfeldlinien quasi in der Materie eingefroren und bewegen sich wie elastische Bänder mit dieser mit Durch tiefenabhängige Unterschiede in der Temperatur und in der chemischen Zusammensetzung der Schmelze entstehen Dichtegradienten, die Konvektion erzeugen

17 Der Geodynamo Innere Quellen

18 Der Geodynamo - Lathrop Lab Maryland University Innere Quellen

19 Innere Quellen Der Geodynamo - Spin Lab ETH Zürich Sphere mit 42 cm Durchmesser Rotation > 5000 rpm G-Force ~10,000g Dieses Setup kann und wird für lange Zeit nicht mit dem Computer simuliert werden. Die Lösung der Magnetohydrodynamischen Gleichung ist numerisch extrem aufwendig

20 Der Geodynamo - Glaztmaier-Roberts Computermodell Innere Quellen

21 Erdmagnetfeld - Quellen interne Quellen internal magnetic field sources ~99% of total geomagnetic field strength Krustenfeld crustal field crust upper mantle 35 km 660 km Heated magnetic minerals cool through their respective Curie temperature and record the direction and strength of the magnetic field. lower mantle 2885 km Geodynamo induced field outer core 5155 km External time varying primary (inducing) magnetic fields induce secondary (induced) magnetic fields in the electrical conducting subsurface structures of the Earth. inner core 6371 km core field The core field is generated by a dynamo process from rotation and convection of the electrical high conducting liquid outer core. The core field generates the main geomagnetic field with its first order dipolar characteristic.

22 Krustenfeld Innere Quellen

23 Innere Quellen

Equator: 3 4 4 5 5 Ampere s law 6 South:

24 Äußere Quellen X North Y East North: 1 1 X Y Z Z 2 2 Down reference system 3 Equator: Ampere s law 6 South: idealized current system 6 magnetogram record

25 Äußere Quellen X Y Z

Äußere Quellen Magnetosphärischer Ringstrom - Magnetosphere Interaction Ein ständiger hochenergetischer Partikelstrom (Sonnenwind) formt das Erdmagnetfeld tropfenförmig Das Erdmagnetfeld bildet eine

26 Äußere Quellen Magnetosphärischer Ringstrom - Magnetosphere Interaction Ein ständiger hochenergetischer Partikelstrom (Sonnenwind) formt das Erdmagnetfeld tropfenförmig Das Erdmagnetfeld bildet eine schützende Blase um die Erde der magnetosphärische Ringstrom bildet sich als Folge einer CME (Sonnensturm) an den Polen können hochenergetische Teilchen in die Atmosphäre eindringen und erzeugen die Auroa Borealis und Aurora Australis

27 Interplanetary Magnetic Field & Interstellarer Raum Äußere Quellen

28 Erdmagnetfeld - Vermessung

29 Erdmagnetfeld - Observatorien GAN

30 Erdmagnetfeld - Satelliten

Ähnliche Dokumente

Magnetostatik. Magnetfelder

Magnetostatik. Magnetfelder Magnetostatik 1. Permanentmagnete i. Phänomenologie ii. Kräfte im Magnetfeld iii. Magnetische Feldstärke iv.erdmagnetfeld 2. Magnetfeld stationärer Ströme 3. Kräfte auf bewegte Ladungen im Magnetfeld 4.