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Erdmagnetismus PDF Drucken E-Mail

The Earth's magnetic field, generated by a geodynamo in the outer core.

Am Conrad Observatorium wird eine lange Tradition der Messungen des Erdmagnetfeldes in Österreich in bisher nicht erreichter Genauigkeit fortgesetzt.


Das Magnetfeld der Erde entsteht durch Dynamoprozesse im Erdkern (Abb. 1) und bildet einen Schutzschirm gegenüber energiereicher kosmischer und solarer Strahlung. Dieses Feld unterliegt jedoch kontinuierlichen Schwankungen in seiner Stärke und Richtung. Erdmagnetfeldvariationen, bedingt durch Prozesse im Erdkern, finden auf unterschiedlichsten Zeitskalen von Jahren bis Jahrmillionen statt und werden unter dem Begriff Säkularvariation zusammengefasst. Die wohl bedeutensten Schwankungen sind vollständige Umkehrungen des Erdmagnetfeldes bzw. starke Feldexkursionen bei denen die Feldstärke um über 90% abnimmt, und vorübergehend sehr komplexe Feldzustände auftreten. Starke Änderungen gab es häufig in der Erdgeschichte, wie zum Beispiel die letzte Feldumkehr vor ungefähr 780.000 Jahren.

 

Seit 170 Jahren werden Feldvariationen durch weltweit verteilte erdmagnetische Observatorien bestimmt. In Österreich gehören magnetische Messungen im Stift Kremsmünster aus dem 18. Jahrhundert zu den ältesten erhaltenen Aufzeichnungen. Eine durchgehende Messreihe ist seit 1832 erhalten und seit 1839 gibt es dort auch ein geomagnetisches Observatorium. Staatliche beauftragte Beobachtungen werden seit den 50er Jahren des 19. Jahrhunderts durchgeführt mit der Gründung der "k.k. Centralanstalt für Meteorlogie und Erdmagnetismus", der heutigen ZAMG. Der erste Direktor der Zentralanstalt, Karl Kreil, führte bereits eine geomagnetische Landesvermessung der österreichischen Länder durch. Die damaligen Messungen beinhalteten die Länder der Habsburgmonarchie, Südeuropa, die Adriaküste, Anatolien und das Schwarze Meer. Die darausfolgenden Ergebnisse wurden in geomagnetischen Karten für die Epoche 1850.0 zusammengefasst und dienten als Ausgangsbasis für Kompassnavigation und markieren den Beginn der geomagnetischen Forschung in Österreich. Seit dieser Zeit gab es fünf weitere geomagnetische Landesvermessungen in Österreich, die in geomagnetische Karten für die Epochen 1890.0, 1930.0, 1960.0, 1970.0 und 1997.0 dokumentiert wurden. Des weiteren wurde auch die erste aeromagnetische Landesvermessung (1977-1982) von Österreich durchgeführt. Alle geomagnetischen Landesvermessungen benötigen Absolutwerte des Erdmagnetfeldes, welche von geomagnetischen Observatorien zur Verfügung gestellt werden. Das erste geomagnetische Observatorium der Zentralanstalt wurde 1852 in Wien (k.k. Theresianum) in Betrieb genommen und bestimmete regelmässig Deklination, Inklination und Feldstärke. Durch die lange Zeitreihe an magnetischen Observatoriumsmessungen konnten einige Besonderheiten des Erdmagnetfeldes beobachtet werden. Auffallend ist ein signifikanter Abfall der Magnetfeldstärke über den gesamten Beobachtungszeitraum. Das Dipolmoment des Erdmagnetfeldes nahm in diesem Zeitraum um mehr als 10% ab. Auch die Richtung des Magnetfeldes änderte sich deutlich, wie etwa die Deklination in Österreich um circa 20°. Um die zeitlichen Abhängigkeiten dieser Beobachtungen auch auf längeren Zeitskalen zu untersuchen und damit die Ursachen dieser Säkluarvariationsprozesse zu hinterfragen, ist es jedoch notwendig den Beobachtungszeitraum deutlich auszudehnen. In Österreich werden seit den 1990ern jährlich Säkularmessungen wiederholt, um aktuelle Daten und Veränderungen des Erdmagnetfeld zu dokumentieren. Auf dieser Basis publiziert der österreichische geomagnetische Dienst jährlich aktualiserte geomagnetische Karten.

 

Im Jahr 2013 wird das Conrad Observatory (Trafelberg, NÖ) den Dienst als geomagnetisches Hauptobservatorium übernehmen und damit das Observatorium in Wien-Kobenzl (seit 1954) ablösen. Die magnetischen Messungen werden dort untertage in einem Tunnelsystem, das sich durch besonders stabile Umweltfaktoren auszeichnet, durchgeführt. Die Daten des Observatoriums dienen als geomagnetische Referenzmessungen und werden zur Datenreduktion verwendet.

 

Snap shot during the last field reversal according to IMMAB4.

Geomagnetismus umfasst viele weitere Spezialdisziplinen:

1) Space-Weather / Space-Climate:
Wechselwirkung von Sonnewind mit der Magnetosphere

2) Paläomagnetismus:
geomagnetische Feldvariationen und deren Auswirking auf die Erde, inklusive Untersuchungen tektonischer Bedingungen und Plattenbewegungen anhand von Geländeaufnahmen und Charakterisierung von Erdmagnetfeldumpolungen und -exkursionen (Abb. 2), Datierung anhand von Magnetostratigraphie, etc.

3) Archäomagnetismus:
historische Erdmagnetfeldvariationen

4) Biomagnetismus:
Wechselwirkung von Lebensformen mit dem Magnetfeld

 

 

 

Literatur
Leonhardt, R., and Fabian, K. (2007): Paleomagnetic reconstruction of the global geomagnetic field evolution during the Matuyama/Brunhes transition: Iterative Bayesian inversion and independent verification. Earth Planet. Sci. Lett., 253, 172-195.
Josef Berger, Gerald Duma, Barbara Leichter (2010) Magnetic repeat station surveys in Austria. COBS Journal 2010. (link)
Josef Berger, Norbert Blaumoser, Gerald Duma, Barbara Leichter (2001) Geomagnetische Landesaufnahme in Österreich. In: Christa Hammerl, Wolfgang Lenhardt, Reinhold Steinacker, Peter Steinhauser (Hrsg.): Die Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik 1851 – 2001. Leykam.
P. Augustin Reslhuber (1884) Über das Magnetische Observatorium in Kremsmünster und die aus den Beobachtungen bis zum Schlusse des Jahres 1850 gewonnenen Resultate. Bericht an die k.k. Centralanstalt für Meteorlogie und Erdmagnetismus, Wien.

Anverwandte Literatur
Kreil, K. (1848, 1849, 1850, 1851, 1852) Magnetische und geographische Ortsbestimmung im österreichischen Kaiserstaate 1856, 1847, 1848, 1850, 1851. Erster bis Fünfter Jahrgang, Prag, k.k. Hofdruckerei.
Toperczer, M. (1956) Das geophysikalische Observatorium Wien-Kobenzl. Arch.Met.Geoph, Bd.9, 3. Heft, Springer Verlag in Wien.

Empfohlene Literatur
Our Magnetic Earth – The Science of Geomagnetism (2010) Ronald T. Merrill, 261 S., University of Chicago Press.
Introduction to Geomagnetic Fields, W. H. (2003) Campbell, 337 S., Cambridge University Press.

Empfohlenes Online Material
Paleomagnetism: Magnetic Domains to Geologic Terrances” von Robert F. Butler (1992)
NOAA Magnetic Field Calculator
ZAMG Geophysik Magnetik: zusätzliche Information zu geomagnetischen Observatorien und Landesvermessungen, etc.

Definitionen
Bei einer Geomagnetische Landesvermessung werden Messungen des Erdmagnetfeldes an mehrere Orten innerhalb eines Landes durchgeführt. Dabei werden mehrere Komponenten des Erdmagnetfeldes bestimmt und dafür verwendet, um präzise Karten zu erstellen. Da sich das Magnetfeld der Erde stetig verändert, sollten geomagnetische Landesvermessungen in regelmässigen Abständen durchgeführt werden – durchschnittlich alle zehn bis zwanzig Jahre.

Geomagnetische Observatorien sind wissenschaftliche Einrichtungen mit dem Auftrag regelmässige Messungen des Erdmagnetfeldes durchzuführen, sowie die Beobachtung von Säkularvariationen und zeitlichen Veränderungen des Magnetfeldes, die häufig durch ionosphärische Strömungssysteme entstehen. Alle Aufgaben müssen regelmässig mit unterbrechungsfreier Aufzeichnung durchgeführt werden.

 

 

 
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