Warum hat die Erde überhaupt ein Magnetfeld? [abgeschlossen]

Der entscheidende Teil ist, dass der äußere Kern der Erde flüssig und leitfähig ist . Dass es sich bei dem Material um Eisen handelt, das wir als ferromagnetisch kennen, ist eigentlich eher nebensächlich, denn das Erdmagnetfeld entsteht nicht wie bei einem Permanentmagneten als Überlagerung von Atomspins. Vielmehr wird es über das Ampère-Gesetz aus makroskopischen Strömen erzeugt, wie in einem Elektromagneten, der aus einer gewickelten Kupferspule besteht, durch die ein Strom fließt. ( Eigentlich ist es ein Elektromagnet.)

Der Grund für solche Strömungen ist, dass sich die Flüssigkeit in konvektiver Bewegung befindet, wahrscheinlich angetrieben durch den Wärmetransport aus dem radioaktiven Zerfall im inneren Kern. Wenn sich eine leitende Flüssigkeit bewegt, „zieht sie jede magnetische Feldlinie mit sich“ . Wenn der Fluss ausgehend von einem kleinen Hintergrundfeld komplex und schnell genug ist, verstärkt er sich im Laufe der Zeit.

Dieser Dynamoeffekt kann theoretisch, numerisch oder mit Experimenten im Labormaßstab unter Verwendung von flüssigem Natrium (Natrium ist nicht magnetisch, aber ein guter Leiter und leicht zu schmelzen) beschrieben werden. Es wird nicht durch hohe Temperaturen behindert (vielmehr sind die hohen Temperaturen oft notwendig , um den Fluss und/oder die Leitfähigkeit sicherzustellen). Und es findet nicht nur auf der Erde statt, sondern auch auf vielen anderen Objekten:

• Der Dynamo der Sonne nutzt das Plasma (Wasserstoff/Helium), dh das Fluid ist weder ein Metall noch eine Flüssigkeit, sondern ein ionisiertes Gas. Dies wird wiederum durch Konvektion angetrieben.
• Die Gasriesen Jupiter und Saturn haben Dynamos, die offenbar ebenfalls aus Wasserstoff bestehen, aber aufgrund der vergleichsweise niedrigen Temperaturen, aber dennoch immensen Drucks wahrscheinlich in metallischem Zustand sind .
• Die Eisriesen Neptun und Uranus haben ungewöhnlich geneigte und unregelmäßige Magnetfelder. Es wird angenommen , dass dies auf einen Dynamo zurückzuführen ist, der sich nicht wie bei der Erde im Kernbereich befindet, sondern in einer Schale etwas höher im Aufbau des Planeten. Es besteht wahrscheinlich aus einer Mischung aus heißem, unter Druck stehendem, flüssigem Wasser, Ammoniak und Methan, das genügend gelöste Ionen enthält, um ein guter Leiter zu sein.
• Gesteinsplaneten und Monde haben oft erdähnliche Dynamos, vor allem Merkur und Ganymed.

Remanenter Magnetismus , wie wir ihn von Permanentmagneten kennen und der nur unterhalb der Curie-Temperatur funktioniert, spielt nur auf Gesteinsplaneten ohne Dynamo eine Rolle. Das prominenteste Beispiel ist der Mars, aber dieses Magnetfeld ist viel schwächer als die oben erwähnten Dynamo-erzeugten.

Der Kern der Erde ist kein riesiger Stabmagnet in dem Sinne, dass die zugrunde liegenden Prinzipien anders sind. Ein Stabmagnet erhält sein Magnetfeld vom Ferromagnetismus, während das Magnetfeld der Erde auf das Vorhandensein elektrischer Ströme im Kern zurückzuführen ist.

Da die Temperatur des Kerns so hoch ist, können die Metallatome ihre Elektronen nicht festhalten und liegen daher in Form von Ionen vor. Diese Ionen und Elektronen sind im Kern in Bewegung, der Stromschleifen bildet. Die einzelnen Ströme erzeugen Magnetfelder, die sich zum Magnetfeld um die Erde addieren.