Aardmagnetisme

Die Aarde se magnetiese veld is 'n magnetiese krag wat nie net navigasieinstrumente soos kompasse lei nie, maar ook 'n kritieke rol speel in die beskerming van die planeet teen die skadelike invloede van die ruimte. Lank voor die 17de eeu was daar verskeie teorieë oor die oorsprong en aard van hierdie magnetiese kragte. Een so 'n oortuiging was dat 'n kosmiese liggaam 'n magnetiese invloed op Aarde uitoefen en dat 'n magneetnaald sy rigting van die poolster verkry. Die kennis hieroor het egter 'n dramatiese wending geneem met die werk van die Engelse wetenskaplike William Gilbert in 1600. Deur te eksperimenteer met 'n bolvormige magneetsteen, het Gilbert die vernuwing aan die lig gebring dat die Aarde self in wese 'n reuse magneet is, met sy magnetiese pole min of meer by die geografiese pole geleë.

Hierdie insig is verder uitgebrei deur wetenskaplikes soos Carl Friedrich Gauss, wat in 1838 met behulp van wiskundige ontleding bewys het dat die oorgrote meerderheid van die Aarde se magnetiese veld intern gegenereer word. Vandag word dit algemeen aanvaar dat die Aarde se magneetveld deur die beweging van elektries geleidende vloeistowwe in sy kern gegenereer word en deur die verskille in temperatuur tussen die mantel en die buitekern versterk word.

Die magnetiese pole self, geleë in uithoeke van die Aarde soos die eiland Bathurst in Noord-Kanada en aan die rand van Antarktika, is die fokuspunte waar die Aarde se magnetiese kragte die oppervlak loodreg tref. Hierdie pole is egter nie staties nie; hulle beweeg en die magnetiese noordpool, byvoorbeeld, is in werklikheid 'n suidpool volgens natuurkundige definisies.

Die dinamiese aard van die Aarde se magneetveld is verder gekompliseer deur die interaksie met die sonwind, 'n stroom van gelaaide deeltjies uitgestoot deur die Son. Hierdie interaksie skep die magnetosfeer, 'n beskermende sfeer wat ons beskerm teen die meeste van die son se gevaarlike straling, maar wat ook onderhewig is aan veranderinge en verstoringe as gevolg van die sonaktiwiteit.

Die magnetiese pole, sowel as die hele veld, ervaar konstante veranderinge wat nie net invloed op navigasie het nie, maar ook op die gedrag van elektriese strome in die atmosfeer. Hierdie verskynsels dra by tot die ryk tapestried van die Aarde se geofisiese gedrag, waarby die historiese omkering van die magnetiese pole en kontinentale drift teorieë insiggewende blikke bied in ons planeet se komplekse en dinamiese geskiedenis.

Geskiedenis

Voor die 17de eeu is daar geglo dat daar in die ruimte 'n hemelliggaam is wat 'n magnetiese krag op die Aarde uitoefen. Daar is gemeen dat 'n magneetnaald sy rigting van die poolster kry. In 1600 het die Engelse wetenskaplike, William Gilbert, met 'n bolvormige magneetsteen (die mineraal magnetiet) geëksperimenteer en verklaar dat die Aarde self die magneet is, met sy twee pole naastenby waar die geografiese pole lê. In 1838 het die Duitser Friedrich Gauss met sy wiskundige ontleding tot die gevolgtrekking gekom dat 95% van die Aarde se magnetiese veld binne-in die Aarde lê – net 'n geringe deel bestaan in die atmosfeer self.

Daar word vandag aanvaar dat die Aarde se magneetveld in sy kern opgewek word. Een teorie wil hê dat die verskil in temperatuur tussen die mantel en vloeibare buitekern strominge in die kernmateriaal veroorsaak.

Oral op die Aarde is daar 'n redelike swak magnetiese veld teenwoordig, soos gesien kan word in die bewegings van 'n kompas se magneetnaald. By die poolstreke is die sterkte ongeveer 0,7 gauss, terwyl dit in die omgewing van die ewenaar sowat 0,35 gauss is.

Magnetiese pole

Die magnetiese pole is die areas waar die magnetiese krag loodreg op die Aarde se oppervlak gerig is. Die magnetiese noordpool lê op die eiland Bathurst in Noord-Kanada, terwyl die magnetiese suidpool aan die rand van Antarktika lê (die noordpool is natuurkundig gesien eintlik 'n suidpool).

Die ligging van die magnetiese pole stem nie presies ooreen met die geografiese pole nie. Die afwyking wat ʼn magneetnaald ten opsigte van die geografiese noordpool aangee, word 'n deklinasie genoem. Die waarde van die afwyking verskil van plek tot plek en word op 'n kaart met lyne voorgestel. Die lyne verbind die punte met dieselfde waarde en is bekend as isogone.

Aangesien die magnetiese krag by die pole loodreg val, lê dit by die ewenaar min of meer ewewydig aan die oppervlak. Dit sal dus op verskillende plekke verskillende hoeke met die horisontale vlak vorm. So 'n hoek word bestempel as 'n inklinasie en indien die gelyke hoeke op 'n kaart met lyne verbind sou word, word dit 'n isokline genoem.

Die posisie van die magnetiese pole verander gedurig en kan selfs etlike kilometers verskuif. Volgens die Skotse fisikus Balfour Stewart moet die daaglikse variasie toegeskryf word aan elektriese strome in die boonste lae van die atmosfeer (die ionosfeer).

Die Son

Die Son is gedurig besig om die Aarde met klein stralingsdeeltjies te bombardeer, in die sogenaamde sonwind, wat uit plasma van elektrone en positief gelaaide ione bestaan. Hierdie wind bots met die Aarde se magneetveld, en die plek waar die drukking die grootste is, is aan die Son-kant (van die Aarde af gesien). Die magneetveld word ingeperk en die ingeperkte deel van die veld noem ons die magnetosfeer. Die grensgebied net daar buite is bekend as die magnetopouse. Aan die donker kant van die Aarde rek die sonwind die magnetosfeer met 'n stert uit, sodat dit byna soos dié van 'n komeet lyk.

Aangesien die Aarde deur die gedrag van die sonwind geaffekteer word, word sy magnetiese veld beïnvloed. Dit verklaar waarom die magnetiese pole nie altyd op dieselfde plek bly nie.

Die magnetosfeer dien as uitstekende beskermer teen die dodelike bestraling van die son, maar laat tog 'n hoeveelheid gelaaide deeltjies deur die magnetopouse binne. Van die deeltjies word glad nie deur die magneetveld beïnvloed nie en verweer eers binne die magnetosfeer tot elektrone en positief gelaaide ione. Wanneer die deeltjies ingedring het, word hulle vasgevang in gordels in die magnetosfeer – of die Van Allen-gordel, soos dit gewoonlik genoem word. Tydens magnetiese storms dring protone en elektrone die aarde se atmosfeer veral by die poolstreke binne – vandaar die poolligte.

Eienskappe

Sou die Aarde se magnetiese eienskappe met dié van 'n gewone staafmagneet vergelyk word, sal die as wat van pool tot pool loop, teen 'n hoek van 11° ten opsigte van die geografiese poolas lê. Die punte waar die as die Aardoppervlak sny, word die geomagnetiese pole genoem. Daar word na die "magneet" as 'n dipool, of dubbelpoolmagneet verwys, en omdat die Aarde se magnetiese veld nie 'n suiwer dipool is nie, is die geomagnetiese pole sowat 1 000 km van die magnetiese pole af.

'n Interessante verskynsel is dat die as van die dipool deur die loop van Aarde se geskiedenis besig is om te verskuif, en al selfs omgekeer het. Wetenskaplikes het 'n deeglike studie van die verskuiwing gemaak en op 'n eienaardige teenstrydigheid afgekom. Die inligting wat in Noord-Amerika verkry is, was heeltemal anders as dié wat in Europa versamel is. Die verskil in die rigting van die poolverskuiwing kon net verklaar word indien daar in die verlede beweging van die vastelande was – een van die eerste bewyse wat tot die teorie van kontinentale verskuiwings gelei het.

Bronnelys

• Wêreldspektrum, Vol. 1, 40-41, ISBN 0908409 41 9