Von Hubert Filser und Axel Bojanowski

Man sieht nichts. Was das Ganze ein wenig unheimlich macht. Man spürt auch nichts. Und die Kompass-Nadel zeigt weiterhin nach Norden. Noch, denn unter der Erdkruste tut sich Gewaltiges. Der Geodynamo, verantwortlich für das Magnetfeld dieses Planeten, kreiselt nicht mehr wie sonst. Eine Entwicklung deutet sich an, die bedeutende Auswirkungen auf das Leben der Menschheit haben könnte. Forscher haben Anomalien im Magnetfeld unseres Planeten entdeckt, die darauf hindeuten, dass sich die Pole womöglich umkehren.

Gleichzeitig bewegt sich der magnetische Nordpol mit hohem Tempo in Richtung Russland. Seine Wandergeschwindigkeit hat in den vergangenen Jahren von 10 auf 50 Kilometer pro Jahr zugenommen, berichtet Volker Haak vom Geoforschungszentrum Potsdam (GFZ). In drei Jahren werde der magnetische Nordpol die kanadischen Hoheitsgewässer verlassen und in 50 Jahren Sibirien erreichen. Sollte diese Tendenz anhalten, wäre in Deutschland in etwa 40 Jahren Polarlicht zu sehen – ein bislang ungewohntes Naturschauspiel.

Dass der Pol wandert und sich das Magnetfeld abschwächt, ist für Geophysiker zunächst nicht ungewöhnlich. Aus Untersuchungen magnetisierten Gesteins weiß man, dass sich das Erdfeld im Mittel alle 500000 Jahre umpolt. Die letzte Inversion ist 750000 Jahre her. Was der Natur offenbar nicht viel ausmacht, könnte für die hoch technisierte Menschheit aber ein riesiges Problem werden. Wenn nämlich das schützende Magnetfeld während der Umkehrung auch nur kurzzeitig verschwindet, liegt die Erde ungeschützt im Sonnenwind und ist so dem interstellaren Strom hochenergetischer Teilchen ausgesetzt. Die ionisierende Strahlung würde tief in die Atmosphäre eindringen und die miniaturisierten Schaltkreise moderner Computerchips empfindlich treffen. Besonders gefährdet sind Flugzeuge und Satelliten, beide extrem abhängig von zuverlässiger Elektronik, aber auch Energie- und Kommunikationsnetze. „Das alles klingt wie Science-fiction, ist aber keine“, sagt Frank Jansen von der Greifswalder Weltraumwetterwarte. „Wir kommen mit unserer Technologie zunehmend in Bereiche, die von extraterrestrischen Phänomenen beeinflusst werden.“

Schutzlos im Sonnenwind

Die erhöhte Strahlung könnte zudem die Ozonschicht angreifen, was in laufenden Studien intensiv erforscht wird. Es ist auch nicht auszuschließen, dass Krebserkrankungen zunehmen. Klimaforscher befürchten zudem, dass sich durch kosmische Strahlung verstärkt Wolken bilden und sich somit das Klima abkühlt. Apokalypse Nordpol?

Nicht für den Augenblick, denn die bevorstehenden Veränderungen beziehen sich auf geologische Zeitskalen. Setzt man den Trend der aktuellen Daten fort, würde das Erdmagnetfeld in 1700 Jahren nahezu verschwunden sein, ehe es sich wieder neu aufbaut. „Während der sich vielleicht 1000 Jahre hinziehenden Periode, wenn magnetischer Nord- und Südpol ihre Lage tauschen, erwartet man ein schwaches und sehr ungeordnetes Magnetfeld mit mehreren Polen“, sagt Hermann Lühr vom GFZ. Doch bereits heute sei die Abnahme des Erdmagnetfeldes in einigen Regionen überraschend, ebenso die beschleunigte Wanderung des magnetischen Nordpols in Richtung Russland, sagte Lühr auf der Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft in Hannover.

Auf der Erde ist die Abschwächung des Magnetfeldes derzeit noch kaum merklich, da die Lufthülle ebenso wie das Magnetfeld Schutz gegen den Sonnenwind bietet. Indes: Je weiter man sich von der Erdoberfläche abhebt, umso deutlicher sind die Auswirkungen. Mit extremen regionalen Schwankungen: Flugpassagiere in 10000 Meter Höhe sind auf dem Weg über den Südatlantik einer tausendfach höheren ionisierenden Strahlung ausgesetzt als über Ostasien. In diesen südlichen Breiten empfängt die Besatzung der Internationalen Raumstation bereits jetzt 90 Prozent ihrer Strahlendosis, obwohl sie sich dort nur etwa zehn Minuten pro Tag aufhält. Dort kommt es zudem immer häufiger zu Strahlungsschäden bei Satelliten.

Mit Hilfe des deutschen Satelliten Champ, der seit Juli 2000 im All ist, haben die Potsdamer Forscher erstmals präzise Daten über die globale Entwicklung des Magnetfeldes erhalten. Demnach hat es seit 1979 um 1,7 Prozent abgenommen, über dem Südatlantik sogar um zehn Prozent. Die Ursache liegt im flüssigen Erdinneren. Große Temperaturunterschiede zwischen Kern und der Grenze zum Erdmantel lassen die glutflüssige Eisenschmelze zirkulieren wie in einem Kochtopf. Unter dem Einfluss der Erdrotation bilden sich Wirbelströme, ähnlich den Hoch- und Tiefdruckgebieten in der Atmosphäre. Die Feldschwankungen an der Erdoberfläche sind ein Spiegel der gewaltigen Magmawalzen im Inneren. Das Aufregende an den gegenwärtigen Beobachtungen ist, dass die magnetische Feldstärke zehnmal so schnell abnimmt wie wenn der Geodynamo abgeschaltet wäre; im Südatlantik gar 100-mal schneller. Teile des Dynamos scheinen eine Gegenbewegung begonnen zu haben – beginnt das Feld sich umzupolen?

Im Fachmagazin Nature (Bd.416, S.591 und 620, 2002) berichten Forscher von einer möglichen Ursache. Aus Satellitendaten der Jahre 1980 und 2000 ergibt sich, dass sich das Magnetfeld örtlich bereits umgekehrt hat – in diesen Regionen weist die Kompassnadel in die „verkehrte“ Richtung. Beunruhigend sei, dass sich die Gebiete mit umgekehrter Magnetfeld-Richtung innerhalb der 20 Jahre ausgeweitet hätten. Nach Ansicht der Forscher bilden sich dort unter der Erdkruste verstärkt Wirbel, die sich gegen die allgemeine Fließrichtung des flüssigen Eisens bewegen. Noch beschränken sich die antizyklischen Ströme auf einzelne Regionen. Indes könnten die wachsenden Gebiete mit umgekehrter Magnetpolung eine fundamentale Änderung der Strömungsverhältnisse ankündigen.

Die US-Raumfahrtbehörde Nasa und ihr europäisches Pendant Esa setzen sich mittlerweile verstärkt mit den Folgen des sich verändernden Magnetfelds auseinander und starten mehrere Programme, um das Weltraumwetter zu untersuchen. Der Physiker Frank Jansen berichtet von einer neuen Esa-Studie, die die Möglichkeiten der Vorhersage solarer Stürme ausloten soll. Ziel ist, Vorhersagen drei Tage vorab zu machen. So lange braucht der Sonnenwind auf dem Weg zur Erde. Um die Bevölkerung zu sensibilisieren, wird es vom 4. bis 10. November dieses Jahres erstmals europaweit eine Wissenschaftswoche der EU zum Thema geben.

Auch Versicherer wie die Züricher Swiss Re beschäftigen sich bereits mit dem Weltraumwetter. In der Studie „Space Weather – Gefahren aus dem Weltraum?“ kommen Forscher zu dem Schluss: „Information und Sensibilisierung sind Aufgabe der Versicherungswirtschaft. Für die Umsetzung der risikomindernden Maßnahmen sind hingegen die Versicherungsnehmer verantwortlich. Deshalb werden künftig Frühwarnsysteme, die außergewöhnliche Sonnenaktivität und Weltraumwetterstürme frühzeitig und genau erfassen können, entsprechende Bedeutung erlangen.“

Mit dem Auftreten von Polarlicht sind auch elektrische Ströme von mehr als einer Million Ampere verbunden. Die starken ionosphärischen Ströme induzieren ihrerseits beachtliche Ströme am Boden. Diese konzentrieren sich in Überlandleitungen und langen Pipelines und führen zu Ausfällen der Netze oder zerstören Transformatoren.

Einen spektakulären Fall gab es im März 1989 in der kanadischen Provinz Quebec. Neun Stunden lang fiel wegen eines geomagnetischen Sturms die Stromversorgung aus. Betroffen waren neun Millionen Menschen. Kanadische Energieversorgungsunternehmen investierten seither eine Milliarde Dollar, um ihr System zu sichern. Studien gehen davon aus, dass ein derart heftiger Sturm wie 1989 der US-Stromwirtschaft Schäden von sechs Milliarden Dollar verursachen kann. Vor allem in Nordeuropa ist man bereits sensibilisiert, so arbeiten Firmen wie die schwedische Sydcraft oder die britische National Grid mit Software, die Magnetfeldänderungen berechnet. „Die deutschen Versorgungsunternehmen“, sagt Geophysiker Lühr, „sind auf derartige Störungen nicht vorbereitet.“