Gesamtenergie des Erd-Magnetfeldes

@jelena

Klar sobald man viele Millionen Millionen Millionen Millionen Tonnen flüssiges Gestein und Metall bei mehreren tausend °C und Drücken um die Millionen bar handhaben kann.

Zu behaupten, weil man Magnetfelder erzeugen kann, können man das Erdmagnetfeld steuern ist wie von der Errungenschaft der Taschenlampe auf die Kontrollierbarkeit der Sonne zu schließen. Nur weil man eine Taschenlamp bauen kann, kann man noch lange nicht die Sonne kontrollieren. Diese beiden Dinge haben einfach üüüüüüberhaupt nichts miteinander zu tun. Gar nichts. Null.

Wir brauchen die Erdmagnetgeneratoren in das Erdinnere nicht reinpacken.
Die werden an verschiedenen Orten auf der Erdoberfläche liegen.
Das Klima ist seit längem bei uns manipulierbar, und das packen wir auch, wenn die Zeit kommt.

Das Spezies - Mensch verschwindet von der Oberfläche der Raumstation " Die Erde" so schnell nicht.

Oje. Man kann das Erdmagnetfeld nicht wie einen Fluß global umlenken. Dabei helfen auch deine Phantasie-Erdmagnetfeldgeneratoren nicht.

Der Ursprung des Erdmagnetfeldes, der äußere Kern ist riesig. Ein Magnetfeld fällt bezogen auf den Abstand zur Quelle mit 1/(r^3) ab. Dagegen steht in erster Linie das magnetische Moment, dass selber abhängig von der Größe des Magneten ist. Für das Erdmagnetfeld ist das magnetische Moment also ebenfalls enorm groß (10^22 Am^2). Unsere Leistungsstärksten Magneten sind zwar stärker als das Erdmagnetfeld, aber viele viele Großenordnungen kleiner als der äußere Kern. Daher müssten wir alle paar Meter unsere Magneten aufbauen um ein stärkeres Feld als das Erdmagnetfeld aufzubauen. (Damit haben wir aber immernoch nicht das Erdmagnetfeld verändert sondern unser eigenes stärkeres Magnetfeld drüber gebastelt. Die Auswirkungen dürften sehr unangenehm sein.)

Dein naiver Fortschrittsglaube in alle Ehren, aber man sollte wenigstens versuchen zu verstehen was so in der Welt passiert.

Mit Luftspulen kann man ein starkes Magnetfeld erzeugen.

@jelena
Das ändert an PetersKekses Argument nichts sorgt nur dafür, dass Du mehr Strom durchjagen musst um die gleiche Flußdichte wie mit nem Eisenkern zu erhalten.

@jelena
Kopf->Tisch

Ich denke nicht, dass es mit der Unterstützung des Erdmagnetfeldes nicht klappen wird.

Damit ihr verstehen könntet, wie weit die Menschen fortgeschritten sind, kopiere ich dieses link.


In einem Experiment am Hahn-Meitner-Institut in Berlin wurden zum ersten Mal die magnetischen Eigenschaften eines Kristalls für die Erzeugung eines Bose-Einstein-Kondensats genutzt. Dieser ungewöhnliche Materiezustand entstand, als der Kristall in ein starkes Magnetfeld von 14 Tesla gebracht wurde und konnte mit Hilfe von Neutronen aus dem Forschungsreaktor des Hahn-Meitner-Instituts nachgewiesen werden. Mit Magnetfeldern von bis zu 17 Tesla (mehr als das 200.000-fache des Erdmagnetfelds) bei Experimenten mit Neutronen stehen in Berlin weltweit einzigartige Forschungsmöglichkeiten zur Verfügung, die Voraussetzung für Erzeugung und Nachweis des Kondensats waren.

Das Bose-Einstein-Kondensat

Nach den Gesetzen der Quantenphysik können Teilchen, die sich in einem begrenzten Raum aufhalten, nicht eine beliebige Energie haben, sondern müssen einen der möglichen Energiezustände einnehmen. In einem Atom etwa sind die Elektronen, die den Kern umkreisen, auf bestimmte Niveaus verteilt, wobei jedes Niveau nur von einem Elektron besetzt wird. Dies ist eine besondere Eigenschaft von Fermionen, Teilchen, die - wie das Elektron - nie zu mehreren denselben Zustand besetzen können. Anders ist das bei den Bosonen. Diese halten sich gerne zu mehreren in einem Zustand auf, werden aber in der Regel durch ihre Wärmebewegung daran gehindert, sich alle im Grundzustand - dem Zustand niedrigster Energie - zu versammeln.

Die Eigenschaften der Bosonen und die daraus folgende Möglichkeit, dass sich bei sehr tiefen Temperaturen alle Teilchen eines Systems in ein und demselben Zustand befinden, sagten in den 20-er Jahren des 20. Jahrhunderts der indische Physiker Satyendra Nath Bose und der vor allem als Begründer der Relativitätstheorie bekannte Albert Einstein voraus. Alle Teilchen, die an diesem Zustand teilhaben, haben exakt die gleichen Eigenschaften und verhalten sich auch identisch, was zu außergewöhnlichen physikalischen Phänomenen führen kann: sehr kaltes Helium wird superfluid, das heißt es fließt ohne innere Reibung, einige Substanzen werden bei niedrigen Temperaturen supraleitend, leiten also Strom ohne Widerstand. Hier bilden je zwei Elektronen ein so genanntes Cooper-Paar, das sich als Boson verhält. Besonders viel Aufsehen haben vor wenigen Jahren Bose-Einstein-Kondensate aus extrem kalten Natrium- oder Kaliumgasen erregt, in denen die Entstehung des Kondensats unmittelbar sichtbar gemacht werden konnte.

Das Kondensat im Kristall

Bei den Kristallen, in denen das Kondensat entdeckt worden ist, handelt es sich um die ungewöhnliche chemische Verbindung TlCuCl3 (Thallium-Kupfer-Trichlorid). Die Kupferatome wirken durch Ihren Spin (Eigenrotation) wie kleine Elementarmagnete. Normalerweise finden sich in diesen Kristallen jeweils zwei solche Atome mit entgegengesetzten Rotationsrichtungen zusammen, so dass deren Felder sich kompensieren. Erst wenn man von außen ein sehr hohes Magnetfeld anlegt, kann man die Spins zwingen, sich parallel zu stellen, das heißt es entsteht ein neuer Zustand niedrigster Energie, in dem die Spins parallel sein können. In diesem Grundzustand sammeln sich dann die Paare von Kupferatomen und bilden das Bose-Einstein-Kondensat. Während die weiter oben beschriebenen Kondensate durch Abkühlung erzeugt wurden, hielt man bei der Erzeugung des neuen Kondensats im Kristall die Temperatur auf 1,5 Kelvin beziehungsweise 50 Millikelvin konstant und erhöhte das Magnetfeld. Dabei veränderten sich bei einem Magnetfeld von rund sechs Tesla die Eigenschaften der Probe grundsätzlich, die nun ein Verhalten zeigte, das den theoretischen Voraussagen für ein Bose-Einstein-Kondensat entsprach.

Untersuchung mit Neutronen - Magnetfelder am Hahn-Meitner-Institut machen das Kondensat erst möglich

Die Eigenschaften der Probe wurden mit Hilfe der inelastischen Neutronenstreuung bestimmt. Neutronen sind für diese Untersuchungen besonders geeignet: Sie haben keine elektrische Ladung, aber ein magnetisches Moment, können also tief in die Probe eindringen und Informationen über deren magnetische Eigenschaften mitbringen. In den entscheidenden Experimenten wurden Neutronen aus dem Forschungsreaktor des Berliner Hahn-Meitner-Instituts genutzt. Nur hier konnte während der Untersuchung mit Neutronen ein Magnetfeld von 14 Tesla angelegt werden, das weit über dem Mindestwert von sechs Tesla lag und so nicht nur die Erzeugung sondern auch den eindeutigen Nachweis des Kondensats möglich machte.

Beim Durchgang durch die Probe erzeugen die Neutronen Spinwellen - wellenförmige Schwingungen der Spins -, an die sie einen Teil ihres Impulses und ihrer Energie abgeben. Aus der Veränderung dieser Größen beim Neutron kann man auf die Eigenschaften der Spinwelle schließen. Im gewöhnlichen Zustand ist der Zusammenhang zwischen der Energie und dem Impuls einer Spinwelle quadratisch, das heißt seine Energie ist proportional zum Quadrat des Impulses. Im vorliegenden Falle war die Energie dem Impuls proportional, was - wie man mit Hilfe theoretischer Berechnungen zeigen konnte - ein klarer Hinweis auf die Entstehung eines Kondensats ist.

Die Forscher

Die Idee für das Experiment stammt von Christian Rüegg, Nordal Cavadini und Albert Furrer, drei Wissenschaftlern von der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich. Die schwierige Aufgabe, den benötigten TlCuCl3-Kristall herzustellen, übernahmen Hans Ulrich Güdel und Karl Krämer von der Universität Bern. Nach Messungen am Paul-Scherrer-Institut in Villigen (Schweiz) und am Institut Laue-Langevin in Grenoble entschlossen sich die Zürcher Forscher, auf die technischen Möglichkeiten des Hahn-Meitner-Instituts - insbesondere die weltweit stärksten Magnetfelder für die Neutronenforschung - und die Unterstützung der dort tätigen Wissenschaftler Klaus Habicht und Peter Vorderwisch zurückzugreifen. Die von Michael Meißner und Peter Smeibidl betreuten Anlagen zur Erzeugung extremer Probenumgebungen, wie niedriger Temperaturen oder starker Magnetfelder, sind für viele Forscher der entscheidende Grund, ihre Neutronenstreuexperimente in Berlin durchzuführen.

http://www.uni-protokolle.de/nachrichten/id/17847/

@jelena
Ich finde es gut, dass du einen Ausweg für unsere Probleme im wissenschaftlichen Fortschritt siehst. Der Artikel den du da kopiert hast ändert aber nichts an dem was ich gesagt habe. Der Artikel zeigt eine der faszinierenden Erkenntnisse die man mit sehr starken Magneten im Experiment gewonnen hat. Er zeigt auch, dass wir sehr starke Magnete bauen können. Aber diese Magneten sind verglichen mit "dem Magneten der Erde" winzig winzig klein. Der "Erdmagnet" ist ungefähr 1 000 000 000 000 000 000 mal größer als unsere großen "Forschungsmagnete". Nur deswegen können wir auf der Erdoberfläche überhaupt noch ein nennenswertes Magnetfeld messen.

Um mal zu zeigen was 1/(r^3) bedeutet: in 10m Abstand hat das Feld nur noch 0,1% seiner ürsprünglichen Stärke. In 100m nur noch 0,0001%. Selbst wenn das Feld 17 Tesla hat und überhaupt nicht abgeschirmt wäre würde es schon in 75 Metern Entfernung die gleich Stärke wie das Erdmagnetfeld haben. Und selbst dann hat man noch nichts mit dem Erdmagnetfeld gemacht. Man kann also allenfalls das Erdmagnetfeld mit einem stärkeren Magnetfeld überlagern. Es aber beeinflussen würde vorraussetzen, dass man es weltweit abschirmt oder den Ursprung des Feldes kontrolliert. Beides ist völlig unmöglich. Nicht nur heute, auch nicht in 100 Jahren.

Wenn dieses link
http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph10/umwelt-technik/08erdfeld/erdfeld.htm (Archiv-Version vom 07.03.2009) falsch ist, dann hast du vlt. recht.
Und noch einiges, der Erdkern ist kein Magnet.

@PetersKekse

sorry, falsches link. Das ist richtig
http://www.stern.de/wissen/natur/magnetfeld-wird-die-erde-umgepolt-523962.html

@jelena
eins muss man dazu nach sagen. Natürlich ist es ganz, ganz einfach das Magnetfeld der Erde zu überlagern bzw. zu ersetzen. Dazu muss man nur einige hundert Windungen Kuperdraht um den Äquator und bis mindestens zu den Wendekreisen um jeden Längengrad legen, also mehrere 100.000km Draht um die komplette Erde.

Dann hat man zwar immer noch keine "lange Spule", was man bräuchte um das Erdmagnetfeld halbwegs zu ersetzen, aber wenigstens könnte man so ein erdumfassendes Magnetfeld aufbauen, auch wenn dann die magnetische "Pole" eher riesige Areale mit mehreren hundert km Radius währen.

Das ganze währe dann näherungsweise sowas wie eine Helmholz Spule mit mehreren Spulen (anstelle den übliche Zwei), du kannst dir ja selber ausrechnen welche geometrischen und elektrischen Größen notwendig wären um ein Magnetfeld in der Stärke des Erdmagnetfeldes aufzubauen.

Wikipedia: Helmholtz-Spule

Wie man sieht, sehr "einfach" zu realisieren.

@jelena
Ich weiß wohl das der Erdkern kein klassischer fester Magnet ist. Deswegen habe ich diesen Ausdruck auch in "" gesetzt. Das war eine (wie ich meine zulässige) Vereinfachung.

@UffTaTa
Da hast du recht, das ist zumindest nicht völlig unsinnig(vorbehaltlich einer Überschlagsrechnung).

@PetersKekse
weiss du zufälligsweise, wie es im Erdinneren während eine Umpolung vorgeht?

Es ist klar, dass Erdkern sich einwenig schneller dreht, als der Erdmantel, und nur deswegen haben wir das Erdmagnetfeld.
Ich hätte gern gewusst, was eine Umpolung verursacht.

Findet etwa Erdkern an sich langsammer als den Erdmantel zu drehen, oder kommt es zum Umkippen des gesammten Erdkernes?

Nein, ich habe keine Ahnung was da passiert. Ich verstehe nichtmal warum das Magnetfeld über lange Zeiträume (einige hundert/tausend Jahre) immer wieder schwächer und stärker wird. Ich befürchte, dass es dafür auch keine befriedigende einfache Erklärung gibt. Am attraktivsten finde ich die Theorie, dass es sich dabei um eine direkte Folge der chaotischen Bewegungen im äußerem Erdkern handelt. Das ist aber eine unbefriedigend komplexe Lösung.

@PetersKekse

bist du auch der Meinung, dass die Polachse (N-S) - die Drehachse des Erdkernes?

und dass die Erddrehachse - die Drehachse des Erdmantels ist?

Auf deine erste Frage, ich weiß nicht ob es eine Hauptströmung im äußeren Kern im Sinne einer Drehachse des Kerns gibt. Selbst wenn ich das weiß, kann ich dir aus dem Kopf nicht sagen wie sich daraus geometrisch das Erdmagnetfeld (und damit die Pole) ermitteln lässt.

Zur zweiten Frage, da die Drehung der Erde nach meinem Wissen an der Drehung der starren Einheit aus Kruste und Mantel festgemacht wird ist das vereinbarungsgemäß richtig.

@jelena
@PetersKekse

Du kannst dir das mit dem äußeren Kern in etwa so vorstellen, wie Eisennadeln, die von einem Magneten ausgerichtet werden.

Messungen anhand von seismischen Wellen zeigen, dass in eine bestimmte Richtung die Übertragung von seismischen Wellen schneller ist als in eine andere Richtung (die schnellste Fortpflanzung sollte in etwa von Pol zu Pol gehen, kann aber sein, dass das davon abweicht).

Das heißt zumindest ein Teil des Kernes ist magnetisch ausgerichtet. Ob das nun auf inneren und äußeren Kern, oder nur auf den äußerern Kern zutrifft, lässt sich schlecht sagen.

Geowissenschaftler denken, dass sich während dem Polsprung die Ausrichtung auch innerhalb des Kernes ändert... Ob das nun Folge oder Ursache ist, kannn man wohl noch nicht sagen, genauso wenig warum die Pole hüpfen...

Danke, aber auf welche Frage antwortest du mir?

Es kann zur Ferromagnetusmus im Inneren der Erde nicht kommen, weil da zu höhe Temperaturen herrschen.
Wir haben ein Magnetfeld, nur weil im flüssigen Erdkern elektrischen Strom fließt.
Die Ebene, entlang welche elektr. Strom fließt, ist momentan um 11 grad zur Erdeäquatorebene geneigt, und den ist von rechts nach links gerichtet.

Es kommt zur Umpolen, wenn die Richtung elektr. Stromes um 180 grad umgedreht wird.

Der strom ändert die Richtung, wenn den Erdkern sich langsammer drehen wird, als den Erdmantel, oder wenn Erdkern im Inneren der Erde um 180 grad umkippt.