Der magnetische Nordpol ist nicht nur schwer zu erreichen, sondern er verschiebt sich auch noch jedes Jahr um über 10 Kilometer und bewegt sich außerdem jeden Tag 80 Kilometer auf einer ungefähr ovalförmigen Bahn. Dennoch ist dies in etwa der Ort, auf den ein Kompass gerichtet ist, wenn er »Norden« anzeigt. Bis GPS den Kompass komplett ablöst, sind die Lage des magnetischen Nordpols und die Form des Erdmagnetfelds (Abbildung 128.1) für die Navigation jedoch unabdingbar.
Die Erde rotiert um ihre Achse mit einem Winkel von 23.5° zur lotrechten Erdumlaufbahn um die Sonne. Die Achse verläuft durch den geographischen Nord- und Südpol. Die Lage der geographischen Pole definiert den Verlauf der Längengrade. Der Breitengrad wird vom Äquator aus gemessen, der mitten zwischen den beiden Polen liegt. Die Achsen und die Pole sind die grundlegenden Referenzpunkte für die Navigation.
Das Erdmagnetfeld
Es sieht zwar so aus, als würde das Erdmagnetfeld durch einem Permanentmagneten erzeugt, dies ist aber nicht der Fall. Obwohl der Erdkern Eisen enthält, ist dieser nicht permanent magnetisch, da er viel zu heiß ist. Bei einer als Curie-Temperatur bezeichneten Temperatur verliert ferromagnetisches Material seine magnetischen Eigenschaften. Bei Eisen geschieht das bei 768°C.
Die Erde besteht aus vier Hauptschichten: Von außen nach innen sind dies die Kruste (auf der wir Leben), der Mantel, der äußere Kern und der innere Kern (Abbildung 128.2). Man nimmt an, dass der innere Kern hauptsächlich aus Eisen besteht, das eine Temperatur von über 5000°C, also eine Temperatur weit über der Curie-Temperatur, aufweist. Der innere Kern ist somit nicht permanentmagnetisch.
Um den inneren Kern liegt der äußere Kern. Man vermutet, dass es sich bei dem äußeren Kern um ein flüssiges, heißes Gemisch aus Nickel und Eisen handelt, und geht davon aus, dass dieser äußere Kern die Quelle des Erdmagnetfelds ist. Die Bewegung der Flüssigkeit im äußeren Kern erklärt dann die sich ändernde Natur des Erdmagnetfelds.
Der flüssige äußere Kern unterliegt offensichtlich einem Dynamo-Effekt: Während sich die Flüssigkeit durch das Erdmagnetfeld bewegt, wird Strom in das flüssige Metall indiziert. Dieser Strom erzeugt ein Magnetfeld, das wiederum einen Strom in die sich bewegende Flüssigkeit induziert. Auf diese Weise erhält sich das Magnetfeld selbst.
Der flüssige äußere Kern bewegt sich aufgrund der Konvektionsströme, die von dem ungemein heißen inneren Kern verursacht werden. Er bewegt sich aufgrund des Coriolis-Effekts relativ zur Erdoberfläche. Der Coriolis-Effekt ist ein offensichtlicher Fehler in Newtons Bewegungsgesetzen und tritt auf, wenn der Ausgangspunkt nicht fest steht.
Wird eine Kanonenkugel beispielsweise über eine weite Strecke direkt in nördlicher Richtung an der Meridianlinie abgeschossen, dann landet sie nicht auf der Meridianlinie. Das liegt daran, dass sich die Erde dreht, während die Kugel in der Luft ist. Gleichzeitig hängt der Rotationsradius vom Breitengrad ab. Diese beiden Faktoren sorgen dafür, dass die Kugel östlich der Meridianlinie landet, weil sich ihr Landepunkt wesentlich langsamer bewegt als der Startpunkt.
Aus der Perspektive eines Beobachters auf der Erde scheint eine unbekannte Kraft die Kugel von ihrem geraden Weg abgelenkt zu haben (wobei es sich ja tatsächlich nicht um eine Kraft handelt). Dies wird als Coriolis-Effekt bezeichnet und die faktisch ja nicht vorhandene Kraft ist die Coriolis-Kraft.
Durch die beschriebenen Kräfte scheinen in der Flüssigkeit des äußeren Erdkerns Dynamos aufgebaut zu werden, die ungefähr an der Nord-Süd-Achse verlaufen. Diese Dynamos sind für das Erdmagnetfeld verantwortlich.
Unglücklicherweise zeigt ein Kompass nicht auf den geographischen Nordpol, sondern folgt dem Erdmagnetfeld und ist daher in etwa an dem sich ständig bewegenden magnetischen Nordpol ausgerichtet. Um dieses Problem bei der Verwendung eines Kompasses auszugleichen, müssen Sie die Abweichung kennen. An jedem Punkt der Erde entspricht die Abweichung einem Winkel zwischen einer Linie, die man durch den geographischen Nordpol zieht und der Richtung, in die der Kompass nach Norden zeigt.
Das Erdmagnetfeld kann näherungsweise bestimmt werden, indem man sich mit einem Bild behilft, bei dem die Erde einen großen Stabmagneten enthält, dessen Südpol in Richtung des magnetischen Nordpols und dessen Nordpol in Richtung des magnetischen Südpols zeigt. (In Wirklichkeit liegen der magnetischen Nord- und Südpol einander nicht diametral gegenüber und das Erdmagnetfeld ist nicht einmal gleichmäßig über die Erdoberfläche verteilt.)
Dieser imaginäre Magnetstab weicht ungefähr 11° von der Rotationsachse der Erde ab. Der Südpol dieses imaginären Magneten zeigt auf einen Ort, der als geomagnetischer Nordpol bezeichnet wird. Er liegt in der Nähe von Grönland an 79.74° N, 71.78° W. Doch nur für etwa 90% des Erdmagnetfelds trifft die ungefähre Vorstellung eines Stabmagneten zu – die übrigen 10% bewirken, dass sich die Lage des Erdmagnetfelds ändert, sodass der magnetische Nordpol und der imaginäre geomagnetische Nordpol nicht übereinstimmen.
Momentan liegt der magnetische Nordpol weit im Norden Kanadas. 2001 wurde er mit 81.3°N, 110.8°W bestimmt. Wenn Sie sich mit dem Kompass nach Norden bewegen, dann folgenden Sie den Linien des Erdmagnetfelds und landen schließlich am magnetischen Nordpol, jedoch nicht auf direktem Weg, da das Feld variiert. Aus diesem Grund gibt ein Kompass nur die ungefähre Richtung des magnetischen Nordpols an und die Abweichung variiert von Ort zu Ort.
Weit entfernt im Norden Kanadas in Nunavit gibt es einen Ort mit dem Namen Resolute Bay. Von hier aus können Sie sowohl den magnetischen als auch den geographischen Nordpol erreichen. Das Qausuittuq Inn in Resolute Bay war Ausgangspunkt vieler solcher Expeditionen (fragen Sie dort nach dem Weg!).
Die wirklich Harten unter Ihnen können auch am alle zwei Jahre stattfindenden Polar Race von Resolute Bay zum magnetischen Nordpol teilnehmen.
Die Website des Qausuittuq Inn finden Sie unter http://www.resolutebay.com/. Informationen zum Polar Race erhalten Sie unter http://polarrace.com/.