Jordens magnetfält – definition, funktion och magnetiska poler

Definition och funktion av jordens magnetfält — hur det skapas, skyddar oss, påverkar kompassen och magnetiska polers förskjutningar och omkastningar.

Jordens magnetfält är det magnetfält som omger jorden. Det kallas ofta det geomagnetiska fältet och fungerar ungefär som om jorden hade en mycket stor stavmagnet inuti. Fältet varierar i styrka och riktning över jordytan och förändras med tiden.

Hur fältet uppstår

Magnetfältet skapas i jordens inre genom det som kallas geodynamon. Jordens inre består av en fast kärna (inre kärnan) och en flytande yttre kärna, främst av järn och nickel. När jorden roterar rör sig den flytande metallen i yttre kärnan, och kombinationen av konvektionsrörelser och Coriolis‑krafter genererar elektriska strömmar. Dessa strömmar skapar i sin tur ett magnetfält. Fältet är till stor del dipolart (med en nord- och sydpol), men innehåller också mer komplexa, icke‑dipolära komponenter.

Egenskaper och styrka

Styrkan på jordens magnetfält varierar beroende på plats men ligger i storleksordningen cirka 25–65 mikrotesla (µT). Fältlinjerna kommer vanligtvis ut från den magnetiska sydpolen, kröker runt jorden och går in vid den magnetiska nordpolen. Fältet kan beskrivas med parametrar som dekli­nation (skillnaden mellan magnetisk och geografisk nord) och inklination (vinkeln fältet gör mot horisontalplanet).

Magnetiska poler och omkastningar

De magnetiska polerna ligger nära, men inte exakt vid, de geografiska polerna (geografiska polerna). Polernas position förändras över tid — de “vandrar” och kan även byta plats helt i en så kallad magnetisk omkastning. En fullständig omkastning, där nord- och sydpol byter plats, har hänt många gånger i jordens historia; den senaste större omkastningen kallas Brunhes–Matuyama och inträffade för ungefär 780 000 år sedan. Mindre, kortvariga förändringar kallas excursions (till exempel Laschamp‑händelsen för cirka 41 000 år sedan).

Magnetfältets skyddande roll

Magnetfältet skyddar jorden mot skadliga laddade partiklar från solen och rymden. När solvinden — en ström av laddade partiklar från solen — möter jordens fält bildas magnetosfären, en skyddande bubbla som avleder de flesta partiklarna. En del partiklar fångas i banor runt jorden och bildar till exempel Van Allen‑strålbältena. När solpartiklar tränger in nära polerna uppstår norrsken och sydsken (aurora).

Variabilitet och mätningar

Fältet är inte statiskt. Det förändras på olika tidsskalor:

• Snabba variationer (sekunder till dagar) orsakade av solaktivitet och geomagnetiska stormar.
• Sekulära variationer (år till århundraden) där fältets styrka och riktning långsamt ändras.
• Långsamma förändringar över geologiska tidsskala som omkastningar och excursioner.

Magnetfält mäts med magnetometrar på markstationer, fartyg, flygplan och satelliter. Organisa­tioner använder modeller som International Geomagnetic Reference Field (IGRF) för att beskriva fältet och göra prognoser.

Påverkan på navigering, djur och teknik

En kompass visar riktningen till den magnetiska nordpolen, inte till den geografiska nordpolen. Därför måste man ta hänsyn till dekli­nation när man navigerar med karta och kompass. Många vandringsdjur och flyttfåglar använder också jordens magnetfält som ett hjälpmedel för orientering under långa flyttningar.

Teknik påverkas också: satelliter, kommunikationssystem och elkraftnät kan störas av geomagnetisk aktivitet. En försvagning av fältet skulle kunna öka exponeringen för kosmisk strålning och solpartiklar, vilket kan leda till fler störningar i elektroniska system och ökad strålningsrisk för astronauter och högflygande flygplan.

Hur vi studerar fältets historia

Paleomagnetism är studiet av det gamla magnetfältet bevarat i berg och sediment. När lava eller sediment stelnar i jordskorpan registreras dåtidens magnetiska fält och ger information om tidigare polpositioner och omkastningar. Sådana data visar att fältet har funnits under minst flera hundra miljoner år och att omkastningar är vanliga i geologiskt perspektiv.

Sammanfattningsvis är jordens magnetfält ett dynamiskt, skyddande och livsviktigt system som påverkar både natur och teknik. Forskning och mätningar pågår kontinuerligt för att bättre förstå fältets ursprung, dess förändringar och konsekvenser för livet på jorden.

Egenskaper

Jordens geomagnetiska fält skapas på grund av två saker. De konvektiva rörelserna i den flytande ledande kärnan i jordens centrum är viktiga för att skapa magnetfältet. När de konvektiva rörelserna uppstår tillsammans med de elektriska strömmarna runt jorden skapas magnetfältet. Jordens rotation är det som håller magnetfältet uppe. Samspelet mellan de konvektiva rörelserna och de elektriska strömmarna skapar en dynamoeffekt.

Magnetfältets intensitet är störst nära de magnetiska polerna där det är vertikalt. Fältets intensitet är svagast nära ekvatorn där det är horisontellt. Magnetfältets intensitet mäts i gauss.

Magnetfältet har minskat i styrka under de senaste åren. Under de senaste 22 åren har fältet minskat med i genomsnitt 1,7 %. I vissa delar av fältet har styrkan minskat med upp till 10 %. Den snabba minskningen av fältets styrka är ett tecken på att magnetfältet kan vara på väg att vända. Omvändningen kan ske under de närmaste tusen åren. Det har visat sig att de magnetiska polernas förflyttning är relaterad till magnetfältets minskande styrka.

En geomagnetisk omvändning är när den norra och södra magnetiska polen byter plats. Detta har inträffat några gånger under jordens historia. Den magnetiska vändningen sker efter att styrkan i fältet nått noll. När styrkan börjar öka igen kommer den att öka i motsatt riktning, vilket orsakar en omkastning av de magnetiska polerna. Hur lång tid det tar för magnetfältet att genomgå en omvändning är okänt, men kan pågå i upp till tiotusen år. Jordens magnetiska omkastningar finns registrerade i stenar, särskilt i basalt. Forskarna trodde att den senaste geomagnetiska omkastningen inträffade för 780 000 år sedan.

Magnetosfären

Magnetosfären skapas av magnetfältet. Det är området runt jorden som fungerar som en sköld mot de skadliga partiklarna i solvinden. Magnetosfären har många olika lager och strukturer, och solvinden formar vart och ett av dessa lager. Samspelet mellan solvinden och magnetosfären är också orsaken till att norr- och sydljusen uppstår. Magnetosfären är mycket viktig för att skydda jorden mot solstormar som ökar solvindsaktiviteten. Solstormar kan orsaka geomagnetiska stormar som ibland har allvarliga konsekvenser för jorden.

Områdena mellan de magnetiska nord- och sydpolerna är de magnetiska fältlinjerna. Dessa linjer lämnar jorden från den vertikala punkten i söder och återinträder genom den vertikala punkten i norr. Dessa två vertikala punkter kallas för magnetiska dipoler. De magnetiska dykpolerna kallas vanligen för de magnetiska polerna. De magnetiska polerna skär jorden i två punkter. Den norra magnetiska polen skär jorden vid 78,3 nordlig latitud och 100 västlig longitud. Detta placerar den norra magnetiska polen i polcirkeln. Den sydliga magnetiska polen skär jorden på 78,3 sydlig latitud och 142 östlig longitud. Detta innebär att den södra magnetiska polen ligger i Antarktis. Det är också vid de magnetiska polerna som magnetfälten är starkast.

Den här figuren visar magnetosfären som blockerar solvinden som orsakas av solen.


Förflyttning av den magnetiska nordpolen. Den förväntas passera nära den geografiska nordpolen och fortsätta sin väg mot Sibirien.

Frågor och svar

Fråga: Vad är jordens magnetfält?

F: Vad skapar jordens magnetfält?

F: Vilken funktion har jordens magnetfält?

F: Hur stabilt är jordens magnetfält?

F: Hur skapas jordens magnetfält?

F: Vad skapar de magnetiska polerna?

F: Vilka användningsområden har jordens magnetfält?

Sök med bokstav