Magnetfeld der Erde: Dessen wirkliche Entstehung

1. Das Magnetfeld: Allgemeine Bemerkungen

Die nachstehenden Ausführungen gehen nicht davon aus, das Magnetfeld damit zu erklären, dass irgendwoher gekommene magnetische Störungen oder irgendein undefiniertes magnetisches Anfangsfeld durch ebenso undefinierte physikalische Wirkungen das Magnetfeld erzeugen würden. Das Magnetfeld der Erde auf ein wesentlich kleineres Magnetfeld zurückzuführen kann keine Begründung sein. Woher sollte auch das kleinere gekommen sein? Der Maßstab für Kleinheit ist zudem unbestimmt, wie Klein und Groß im physikalischen Sinne überhaupt unbestimmt sind. Deshalb wird im Folgenden das derzeitige Magnetfeld ausgehend von einem Null-Magnetismus begründet. Die Abgrenzung in einzelne Zustände erfolgt nur symbolisch zum besseren Verständnis der Gesamtentwicklung und beinhaltet keine definierten Zeitabschnitte. Lage und Form wurden nach den realen Gegebenheiten angenommen. Apropos reale Gegebenheiten: In allen veröffentlichten Bildern aus den unterschiedlichsten Quellen ist das Erdmagnetfeld fälschlicherweise so dargestellt, als ob es aus dem Erdinneren käme. Der wirkliche Feldverlauf ist aber ein anderer. Außerdem wird das Feld in der Nähe der Oberfläche von den magnetischen Materialien der Kruste beeinflusst, was sich allerdings kaum bestimmen und darstellen lässt.

2. Das Urmagnetfeld

Um zu den wahren Ursachen des Erdmagnetfeldes zu kommen, muss man gedanklich mit einem Zustand der Erde beginnen, als es noch keinen Magnetismus gab. Die Erde kreiselte zuerst  ohne Magnetfeld (theoretisch) um die Sonne und wird von ihr beschienen. Der Sonnenschein ist nicht nur Schein, sondern eine kompliziert zusammengesetzte Strahlung, auch Solarstrahlung genannt.

Infobox: Die Solarstrahlung setzt sich zusammen aus Röntgenstrahlung, ultravioletter Strahlung, sichtbarem Licht, infraroter Strahlung, Radiostrahlung, Korpuskularstrahlung und Sonnenwind. Der Sonnenwind ist ein Strom geladener Teilchen, der ständig von der Sonne in alle Richtungen strömt. Er besteht hauptsächlich aus der gleichen Anzahl von Protonen und Elektronen (ionisierter Wasserstoff) sowie aus 8 bis 13 % Alphateilchen (Helium-4-Atomkerne mit je zwei Protonen, ohne Elektronen).

Eigentlich müsste der Sonnenwind zur Korpuskularstrahlung gerechnet werden, weil die Protonen und Elektronen neben ihrer elektrischen Ladung und ihrem magnetischen Moment auch eine bestimmte Masse aufweisen. Die Protonen sind 1.835-mal schwerer als die Elektronen, ihre magnetischen Momente dagegen 658,5-mal kleiner. Dieser Sonnenwind stellt mit seinen elektrischen Ladungen und magnetischen Momenten den Hauptteil der Solarstrahlung dar. Die Mischung aus Protonen und Elektronen, auch Plasma genannt, trifft ununterbrochen auf die Erde – mit natürlichen Schwankungen, aber doch voller Kraft. Bis zur Erde fliegen die Teilchen gemischt und ungestört von äußeren Einflüssen oder von gegenseitigen Wirkungen mit durchschnittlich 500 km/s auf hauptsächlich geraden Bahnen. In der Nähe der Erde ändern sich die Flugverhältnisse grundsätzlich. Die unterschiedlichen Ladungen werden getrennt. Während die schweren Protonen aus einem wesentlich größeren Raum als dem Erddurchmesser von der Gravitation der Erde eingefangen und auf der Erdoberfläche mitgenommen werden, bilden die leichten Elektronen eine über der Erde schwebende Stauwolke auf der Sonnenseite der Erde. Diese Konstellation entspricht der eines Elektromagneten, weil:

• die Protonen mit der Erdoberfläche als Magnetkern rotieren (mit 454 m/s am Äquator);

• die Elektronen in Form der Elektronenwolke mit Abstand von der Erdoberfläche (dem Magnetkern) angehäuft sind;

• es nach Einstein

(https://www.amazon.de/Einsteins-Annus-mirabilis-Schriften-revolutionierten/dp/3499609347) gleichgültig ist, ob sich die Elektronen in Ruhe befinden und der Kern in Bewegung ist, oder ob sich die Elektronen um einen sich in Ruhe befindlichen Kern bewegen.

Das bedeutet insgesamt, wenn man sich die Erde in Ruhe seiend vorstellt, dass sie von einem Strom geladener Teilchen von Osten nach Westen mit viel mehr als 0,5 km/h umströmt wird wie von einem Ringstrom. Im Inneren dieses Stromrings entsteht das Magnetfeld, welches vom arktischen zum antarktischen Pol gerichtet ist. Es weist noch nicht die tatsächliche Feldstärke auf, ist aber ein magnetisches Ausgangsfeld – nicht zu verwechseln mit dem undefinierten Anfangsfeld im Erdkern, welches im Zusammenhang mit dem GD behauptet wird.

© Carl Niemann: Das Urmagnetfeld

 

 3. Das Folgemagnetfeld

Nachdem nun die Erde von einem Ausgangsfeld geringer Stärke umgeben ist, treffen die Elektronen und Protonen des Sonnenwindes auf dieses in weit den Weltraum hinausreichende Feld. Im Gegensatz zu den allgegenwärtigen Darstellungen in Lehrbüchern und Internetbeiträgen, verformt nicht der Sonnenwind das massefreie Kraftfeld, sondern die in das magnetische Feld hineinfliegenden Ladungen werden nach Lorentz bezüglich ihrer Flugrichtung abgelenkt. Die Ablenkung gilt sowohl für die Protonen als auch die Elektronen gleichermaßen. Im Folgenden werden nur die Elektronen betrachtet, weil die Protonen einerseits wegen ihrer geringen magnetischen Momente weniger abgelenkt werden sowie andererseits wegen ihrer größeren Masse näher zur Erde gravitieren. Wenn die Elektronen von der Sonne kommend im äquatorialen Bereich auf das Erdmagnetfeld treffen, also rechtwinklig zur Feldrichtung abgelenkt werden, bilden sie einen äquatorialen Strom rings um die Erde. Die Elektronen, die geradewegs nördlich und südlich (geografisch) nahe an der Erde vorbeifliegen und auf die Feldrichtung treffen, die mit der Flugrichtung gleich ist, werden nicht abgelenkt, sondern fliegen in Feldrichtung weiter bis in die Atmosphäre, wo sie das Polarlicht über der nördlichen und südlichen Breite von etwa 70° verursachen. Die Elektronen, die geradewegs nördlich und südlich (geografisch) weiter außen an der Erde vorbeiströmen, treffen auf Feldrichtungen, die verschieden schräg und immer schwächer werdend verlaufen. Das hat zur Folge, dass die Elektronen spiralförmig mit wachsendem Radius in Richtung der schwächeren Feldseiten abgelenkt werden und damit den Raum der Erde wieder verlassen. Der übriggebliebene Ringstrom im Bereich des rechtwinkligen äußeren Magnetfeldes hat zur Folge, dass sich ein stärkeres Magnetfeld herausbildet, eben das Folgemagnetfeld, nach der gleichen Weise, wie bereits im vorangegangenen Kapitel beschrieben.

 

© Carl Niemann: Das Folgemagnetfeld

4. Das geregelte, rezente Magnetfeld – der Plasmadynamo

Die Entwicklung vom Ausgangsmagnetfeld zum Folgemagnetfeld ist durch eine deutliche Verstärkung der magnetischen Flussdichte rings um die Erde gekennzeichnet. Damit werden immer mehr Ladungen in den mittleren Breiten eingefangen und der Ringstrom verstärkt sich ständig. Andererseits verlassen auch zunehmend mehr Elektronen auf ihren spiralförmigen Bahnen über den Polen den Bereich der Erde. Die ebenfalls immer größer werdende Menge an Protonen bildet in geringerem Abstand zur Erde als die Elektronen ebenfalls einen Ringstrom. Der entgegengesetzte Ringstrom der Protonen wirkt der Gesamtmagnetisierung entgegen, allerdings nur in sehr geringem Maße, weil die magnetischen Momente der Protonen ja wesentlich geringer sind als die der Elektronen. Die Ladungen und Kräfte regeln sich schließlich auf einen stabilen Zustand ein. Mit anderen Worten: Nimmt der Sonnenwind zu, werden Magnetfeld und Gegenmagnetisierung stärker. Nimmt der Sonnenwind ab, werden Magnetfeld und Gegenmagnetisierung schwächer. Es bildet sich eine im Mittel gleichbleibende Stärke des Magnetfeldes heraus, ein sich selbst regulierendes System, durch welches die Schwankungen des Sonnenwindes in ihrer Wirkung auf die Erde gemildert werden – das sich selbst regulierende, rezente Magnetfeld der Erde.

© Carl Niemann: Das rezente Magnetfeld- Der Plasmadynamo

Diese Erklärungen vom Ausgangsmagnetfeld bis zum selbst regulierenden System beinhalten nicht jedes Detail, sondern stellen nur übertriebene Idealverhältnisse dar, um sie anschaulicher zu machen. Es gibt aber auch Details, die zum Verständnis des rezenten Magnetfeldes beitragen bzw. die Richtigkeit dessen Ursache beweisen.

Als erstes und hauptsächliches Detail ist der Van-Allen-Strahlungsgürtel zu nennen. Dieser besteht aus zwei Strahlungszonen Elektronen und Protonen:

• Die innere erstreckt sich von 700 bis 6.000 km über der Erdoberfläche und besteht hauptsächlich aus Protonen.

• Die äußere erstreckt sich von 16.000 bis 58.000 km über der Erdoberfläche und enthält vorwiegend Elektronen.

Die Strahlungszonen schwellen und schrumpfen in Abhängigkeit von der Stärke des Sonnenwinds. Somit repräsentiert der Van-Allen-Strahlungsgürtel in deutlicher Weise die aus dem Sonnenwind gebildeten Ringströme und beweist außerdem die Größenverhältnisse des geregelten, rezenten Magnetfeldes.

Ein zweites Detail wäre das sogenannte System folgender atmosphärischer Ströme:

• Birkelandströme, die den Hauptanteil der elektrischen Ströme in der Ionosphäre bilden

• Pedersenströme, die angeblich in Nord-Süd-Richtung fließen würden

• Hallstrom (polarer Elektrojet), der sich im Bereich der Polarlichter in West-Ost-Richtung bewegt

Bei diesen Strömen handelt es sich allerdings nur um modifizierte Darstellungen der vom Erdmagnetfeld durch die Lorentzkraft um die Erde herum gelenkten Ströme geladener Teilchen des Sonnenwindes.

Ein drittes Detail betrifft die Definition einer Plasmasphäre. Der innere Teil der Magnetosphäre wäre von einem relativ kühlen Plasma aus Elektronen und Protonen erfüllt. In Richtung Sonne läge die äußere Grenze der Plasmasphäre in einer Höhe von etwa 28.000 km, auf der Nachtseite bei etwa 50.000 km. Satellitenbeobachtungen haben gezeigt, dass sich Dichteunregelmäßigkeiten wie Wolken oder Fehlstellen bilden können und dass die Plasmasphäre nicht mit der Erde mit rotiert, sondern in Richtung Sonne gerichtet bleibt. Diese Plasmasphäre stellt nichts anderes dar als den Inhalt des Van-Allen-Strahlungsgürtels. Sie zeigt außerdem ebenfalls, dass der Sonnenwind nicht die Magnetosphäre auf der Sonnenseite staucht und auf der Nachtseite zu einem Magnetschweif auseinanderzieht, sondern dass entsprechend dem Magnetfeld die von der Erde gestauten und eingefangenen elektrisch geladenen Teilchen um die Erde herumwirbelnde Wolken bilden, eben die Plasmasphäre. An dieser Stelle bietet es sich geradezu an, den Mechanismus der Magnetfelderzeugung mit diesem Plasma des Sonnenwindes als Plasmadynamo (PD) zu benennen.

Der Geodynamo erklärt die angebliche Entstehung des Magnetfeldes durch scheinbare Prozesse im Erdkern, in Abgrenzung dazu erklärt der Plasmadynamo die wirkliche Entstehung des Magnetfeldes durch die tatsächlich vorhandene Plasmasphäre außerhalb der Erde.

Geodynamo: Warum ist er innerhalb der Erde nicht möglich!

1. Der Geodynamo von Larmor bis zur Gegenwart

Die oft zu lesende Behauptung, dass es über die Entstehung des Erdmagnetfeldes verschiedene Theorien gäbe, erscheint zunächst plausibel. Bei genauer Betrachtung findet man jedoch nur eine einzige Theorie, nämlich die des Geodynamos im Erdinneren. Sie wurde erstmals 1919 von Larmor aufgestellt. Er vermutete anfänglich, dass das solare Magnetfeld auf einen Dynamo-Effekt im Inneren der Sonne beruhe. Elsasser und Bullard haben diese Idee 1939 auf irdische Verhältnisse übertragen. Bis in die Gegenwart (2020) – also 101 Jahre nach Larmor – hat sich an der Theorie eines Dynamos im Inneren der Erde vom Wesen her nichts geändert. Jedoch wurde sie weder theoretisch noch praktisch bewiesen. Daran ändert auch der Artikel „Der Geodynamo“ von den Geophysikern Christensen und Tilgner (https://www.pro-physik.de/restricted-files/115761) nichts. Diesen Artikel zitiert gegenwärtig jeder, der etwas zum Thema Geodynamo beitragen möchte, weil er wohl die Richtigkeit der Theorie unterstreichen soll. Aber nach wie vor beschäftigen sich nur Geophysiker mit dem Geodynamo, keine Elektrophysiker, obwohl es sich vorrangig um elektromagnetische Probleme handelt. Eine Beschreibung oder Stellungnahme zum Geodynamo aus elektromagnetischer Sicht ist einfach nicht zu finden. Dabei wäre eine solche dringend erforderlich, denn es ist keineswegs so, dass eine Theorie oder Hypothese zur Wahrheit wird, wenn man sie nur oft genug wiederholt. Die Gesamtsituation zum Geodynamo kann mit einer Aussage von Christensen und Tilgner wie folgt charakterisiert werden:

Mit Experimenten und numerischen Simulationen lassen sich manche Eigenschaften des Erdmagnetfelds mittlerweile gut reproduzieren und Theorien über die zugrundeliegenden Mechanismen im Erdinneren formulieren. Viele Fragen sind noch zu klären.

2. Das Erdmagnetfeld im Allgemeinen nach der derzeitig gültigen Theorie

Das Magnetfeld der Erde soll verschiedene Quellen haben. Das Hauptfeld entspränge dem Erdkern. Das Außenfeld, dessen Stärke nur ein Bruchteil des Hauptfeldes betrüge, entspränge außerhalb der festen Erde aus den vom Sonnenwind induzierten Feldern der Ionosphäre, die sich ständig änderten. Das Anomalien- oder Krustenfeld, dessen Stärke ebenfalls nur ein Bruchteil des Hauptfeldes betrüge, entspränge der oberen Erdkruste (Erzlagerstätten). Hin und wieder findet man die Beschreibung eines vierten Feldes, das Variationsfeld, welches aus induzierenden Variationen des elektrisch leitfähigen Untergrundes entspränge.

Das Gesamtfeld unterläge je nach Zuordnung der Quelle zeitlich unterschiedlicher Änderungen. Es gäbe relativ geringe, aber langzeitliche Änderungen, Säkularvariation genannt, relativ rasche, zyklische und zufällige Änderungen sowie nahezu konstante Werte. Das beobachtete Feld entspräche zu 90 % einer Dipolstruktur. Die restlichen 10 % zeichneten sich durch ein kompliziertes Muster von Feldlinien aus, das sich besser mit Multipolen beschreiben ließe.

So stellt die gegenwärtige Mainstreamwissenschaft das Geomagnetfeld dar, und die Richtigstellung von Carl Niemann:

Die Natur äußert sich bekanntermaßen als räumliche Gesamtheit. Ein beliebiger Raum, ein elektrisches Feld, oder eine magnetische Kraft treten nie einzeln, getrennt oder selbständig auf, sondern immer gemeinsam. Die uns interessierende Umgebung besteht im Wesentlichen aus der Erde und aus dem Raum darum herum. Dieser ist angefüllt mit sich bewegenden Teilchen. Es wirken gleichzeitig magnetische und elektrische Kräfte, die Gravitation und wahrscheinlich noch mehr Erscheinungen, von denen wir noch nichts wissen. Insofern umgibt die Erde ein Kontinuum verschiedener Kräfte, die an jedem Punkt im Raum eine bestimmte Richtung und einen bestimmten Betrag aufweisen. Das gilt natürlich auch für das Magnetfeld. Wenn nun alle möglichen Richtungen und Feldstärken gemessen werden (und sie wurden reichlich gemessen), kann daraus ein räumliches Abbild des Gesamtfeldes erstellt werden. Was aber nicht gemessen werden kann, ist der Anteil einer bestimmten Quelle am Gesamtfeld, zum Beispiel der Anteil des Außenfeldes. Dass das Magnetfeld in der Hauptsache dem Erdkern entspringen würde, ist lediglich eine willkürliche Behauptung, bestenfalls eine Vermutung. Gleichermaßen kann man nicht den Anteil der jeweiligen Quelle an der zeitlichen Variation des Magnetfeldes zuordnen.

Abgesehen von der Unbestimmbarkeit der Zuordnung einzelner Quellen zu Richtung und Betrag der Feldstärke existieren angeblich komplizierte Feldlinienmuster, die auf Multipole schließen ließen. Laut den elektrophysikalischen Erkenntnisse zum Magnetismus gibt es aber keine Multipole. Es existieren örtlich begrenzte Feldstärkeüberhöhungen und Richtungsabweichungen infolge unterkrustischer Anhäufungen von Material hoher Permeabilität (zum Beispiel Erzlagerstätten). Sie stellen jedoch keine Pole des Gesamtfeldes dar.

 

3. Warum gibt es keinen elektrischen Strom im Erdinneren?

Unter der dünnen Kruste liegt der Mantel, dann folgen der flüssige äußere Erdkern und im Zentrum der feste innere Kern, der hauptsächlich aus metallischem Eisen besteht. Das ist bekannt. Aber dass unter dem Einfluss physikalischer Kräfte schraubenförmige Strömungen im flüssigen Teil des Erdkerns entstünden, die das Hauptfeld der Erde erzeugen würden ist durch nichts und von Keinem bewiesen. Das Strömungen flüssigen Materials von weiter innen liegenden, heißeren Bereichen des Erdkerns zu weiter außen liegenden, weniger heißen Bereichen in Spiralen aufsteigen und nach Abkühlung wieder in heißere Bereiche absänken, ist reines Wunschdenken und nur eine immer wieder wiederholte Behauptung. Die in diesem Zusammenhang gelegentlich anzutreffende Wortwahl „Stromfluss“ stellt eine Doppelung dar, denn das Wort „Strom“ beinhaltet definitionsgemäß bereits das Fließen elektrischer Ladungen. Insofern geht es um das Fließen elektrischer Ladungen im Erdkern, wenn von Stromfluss im Erdkern die Rede ist. Der Strom ergäbe sich daraus, dass der Erdkern eine hohe elektrische Leitfähigkeit habe, weil er aus flüssigem Eisen und Nickel bestünde (flüssig aufgrund der dort herrschenden Temperaturen von über 3.000 °C). Diese irreführende Aussage, dass im Erdkern Ströme fließen würden, weil er flüssig und hoch leitfähig sei, findet man sehr oft. Wie flüssig und in welchen Bahnen das Eisen-Nickel-Gemisch im äußeren Erdkern fließt, ob ringförmig oder geschraubt, sei dahingestellt, jedenfalls kann das Fließen von elektrisch leitfähigem Eisen nicht mit Fließen von elektrischem Strom gleichgesetzt werden. Schließlich hat man beim Gießen von flüssigem Eisen oder dem noch leitfähigerem Gold in eine Form noch nie die Entstehung von elektrischem Strom beobachtet. Entscheidend in diesem Zusammenhang ist außerdem, dass freie Elektronen wesentlich schneller fließen als ein flüssiges Eisen-Nickel-Gemisch. Somit ist es für elektrischen Strom unerheblich, ob er sich in einem festen oder flüssigen leitfähigen Metall befindet. Die Elektronen fließen auf jeden Fall fast augenblicklich, selbst wenn das Metall fest ist. Das ist auch der Grund dafür, dass freie Elektronen, wären sie im Erdkern vorhanden, nicht in bestimmten oder unbestimmten Bahnen flössen. Sie würden sich stattdessen sofort und nach allen Seiten im gesamten metallischen Erdkern ausbreiten. Die mittlere Ausbreitungsgeschwindigkeit von Strom in Metall beträgt ungefähr 150 km/s. Selbst wenn sie nur ein Hundertstel davon betrüge, wären die Elektronen immer noch wesentlich schneller als das flüssige Metall im Inneren der Erde jemals fließen könnte.

Insgesamt wird damit deutlich, dass es für elektrischen Strom im Erdkern, wenn es ihn gäbe, keinerlei Bedeutung hat, auf welchen Bahnen das Metall fließt, denn wenn irgendwoher elektrischer Strom in den leitfähigen Erdkern einträte, würde er sofort kurzgeschlossen, könnte nichts bewirken und schon gar nicht ein Magnetfeld erzeugen.

4. Ist im Erdinneren elektromagnetische Induktion möglich?

Die Bewegung der elektrisch leitfähigen Schmelze induziere in einem schwachen Ausgangsmagnetfeld einen elektrischen Strom, der seinerseits ein Magnetfeld aufbaue. Dieses führe zu einer verstärkten Induktion und erzeuge das Magnetfeld der Erde. Ein genügend leitfähiges Medium bewege sich genügend schnell in einem zunächst als vorhanden vorausgesetzten Magnetfeld. Die dabei induzierten elektrischen Ströme müssten stark genug sein und die richtige Geometrie haben, um das zur Induktion nötige Magnetfeld zu reproduzieren. Die Dynamotheorie gehe von dem als gesichert geltenden Aufbau des Erdinneren aus, insbesondere davon, dass eine große Menge einer elektrisch leitenden Flüssigkeit vorhanden sei. Diese Bedingung erfülle der flüssige äußere Erdkern, der stark eisenhaltig sei.

So stellt die gegenwärtige Mainstreamwissenschaft die Entstehung des Geomagnetfeldes dar.

Und so stellt Carl Niemann richtig:

Ungeachtet des vorigen Abschnittes muss der elektrische Strom, dessen Existenz im Erdkern die GD-Theoretiker behaupten, irgendwoher kommen. Angeblich induziert die sich bewegende, elektrisch leitfähige Schmelze in einem schwachen Ausgangsmagnetfeld einen elektrischen Strom, der seinerseits ein Magnetfeld aufbaut usw. Diese und ähnliche Behauptungen entbehren jeglichen elektrophysikalischen Grundlagen und können wieder nur als reines Wunschdenken charakterisiert werden, welches von Ignoranz aller bisherigen wissenschaftlichen Erkenntnisse gekennzeichnet ist. Erstens handelt es sich hierbei um einen sogenannten Zirkelschluss (https://www.philoclopedia.de/2019/06/15/zirkelschluss/), wenn die Existenz des Erdmagnetfeldes mit der Existenz eines Ausgangsfeldes begründet wird. Und Zweitens wie sollte die Induktion funktionieren, wenn bereits ab einer Temperatur von etwa 650 °C im Erdinneren die magnetischen Momente nur noch diffus durcheinandergewirbelt werden und keinerlei Magnetismus existiert? Außerdem würde sich der vom Ausgangsmagnetfeld induzierte elektrische Strom ebenfalls sofort nach allen Richtungen ausbreiten und kurzgeschlossen werden. Er würde nicht mehr fließen und könnte keinen weiteren Strom induzieren. Die Behauptung, dass es im Erdkern zur Induktion oder Selbstinduktion komme ist eine reine „Luftnummer“. Bereits seit 1831 ist dank Faraday bekannt, wie Induktion und Selbstinduktion funktionieren. Definitionsgemäß wird die Tatsache, dass veränderliche magnetische Felder immer von elektrischen Feldern begleitet sind, Induktion benannt. Dabei sind Geschwindigkeit und Stärke des magnetischen Feldes direkt proportional zum elektrischen Feld. Wenn aber kein Ausgangsstrom vorhanden ist, weil es kein Ausgangsmagnetfeld gab und wie auch immer induzierter Strom durch Kurzschluss nicht fließt, kann es auch zu keinem weiteren Magnetfeld kommen, welches erneut Ströme induziert, die das Erdmagnetfeld erzeugen würden. Bei jeglicher Induktion muss zwangsläufig ein magnetisches Feld vorhanden sein. Aber wie bereits begründet, denken die freien Elektronen mit ihren magnetischen Momenten in der Hitze des Erdkernes (über 650 °C bis 5.000 °C) überhaupt nicht daran, sich auszurichten und ihre magnetischen Momente zu bündeln.

Demzufolge ist Induktion im Erdkern undenkbar und es muss konstatiert werden, dass es keinen Strom und keine Entstehung von Magnetismus im Erdinneren gibt.

 

5. Die Fiktion des Scheibendynamos

Im Unterschied zum technisch realisierten selbsterregten Dynamo würde es sich beim GD um die Erzeugung von elektromagnetischer Energie durch Bewegungen in einem einfach zusammenhängenden Gebiet homogener Leitfähigkeit handeln. Ein bekanntes Beispiel sei der Scheibendynamo. Eine mit einer Achse verbundene Metallscheibe rotiere mit konstanter Winkelgeschwindigkeit und würde anfänglich von einem schwachen Magnetfeld durchsetzt. Das Magnetfeld induziere in der rotierenden Scheibe eine Spannung, die zwischen Rand und Achse abgegriffen werden könne. Ließe man den Strom durch eine Schleife fließen – in dem Sinne, dass das dabei erzeugte Magnetfeld die gleiche Richtung habe wie das Anfangsmagnetfeld –, fände Selbsterregung statt. 

© Carl Niemann: Der Scheibendynamo

                   

Der in einem einfach zusammenhängenden Gebiet mit annähernd konstanter Leitfähigkeit realisierte homogene Dynamo funktioniere im Prinzip genauso wie der eben beschriebene Scheibendynamo. Dieser würde wegen seiner Bewegung in einem anfangs vorhandenen sehr schwachen Magnetfeld einen Induktionsstrom erzeugen, der mittels positiver Rückkopplung das schwache Magnetfeld verstärkte, was wiederum zu einem stärkeren Induktionsstrom führe, der wiederum das Magnetfeld verstärke usw., bis durch einen Begrenzungseffekt ein mehr oder weniger stabiler Zustand erreicht würde. Es würde also der für die Bildung des Erdmagnetfeldes ursächliche Strom mithilfe des Erdmagnetfeldes selbst erzeugt. Man spricht von einem selbsterregten Dynamo.

So stellt die gegenwärtige Mainstreamwissenschaft die Funktion des Geodynamos als Scheibendynamo dar.

Und so stellt  Carl Niemann richtig:

Es wird behauptet, dass der in einem einfach zusammenhängenden Gebiet annähernd konstanter Leitfähigkeit realisierte homogene Dynamo im Prinzip genauso funktioniere wie der Scheibendynamo. Leider ist nichts Näheres über einen angeblich realisierten homogenen Dynamo bekannt. Wahrscheinlich ist auch hier Wunschdenken im Spiel. Bekannt ist im Gegensatz dazu, dass der von Faraday erfundene Scheibendynamo funktioniert und wie er funktioniert. Faraday zeigte, dass durch die Änderung der magnetischen Feldstärke ein elektrischer Strom induziert werden konnte. Er zeigte außerdem die Erzeugung von elektrischem Strom durch Rotation einer leitenden Scheibe in einem ruhenden Magnetfeld. In jedem Fall benötigt Faradays Scheibendynamo ein magnetisches Feld, um Strom zu erzeugen. Deshalb wurde für den GD vorgeschlagen, zwei Scheibendynamos so zu koppeln, dass jeder davon den Strom für das Magnetfeld des anderen liefern würde. Sie könnten einen sich selbst erregenden Dynamo bilden, der seine Energie aus einer beliebigen (?) Kraft beziehe, um die Scheiben anzutreiben. Solche beliebigen Kräfte würden als schwache magnetische Felder fast überall existieren und durch den Dynamoprozess kontinuierlich verstärkt. Abgesehen von der Spekulation, dass ein sich selbst erregender Dynamo funktioniere (Perpetuum mobile), fehlt auf jeden Fall das magnetische Feld. Auch wenn es das im Zusammenhang mit der Begründung des Erdmagnetfeldes behauptete magnetische Anfangsfeld wirklich gäbe, würde es aus den mehrfach genannten Gründen im Erdkern keine Chance haben, zu wirken.

Man kann es drehen und wenden, wie man will, im Erdinneren findet keine Erzeugung von Strom und/oder Magnetismus statt. Insofern kann auch ein gekoppelter Scheibendynamo nur funktionieren, wenn bereits ein Magnetfeld vorhanden ist. Fraglich bleibt, woher dieses gekommen sein soll.

 

6. Die Magnetohydrodynamik im Erdinneren

Die Entstehung und Aufrechterhaltung des Erdmagnetfeldes sei ein bisher unvollständig formuliertes Problem aus der Magnetohydrodynamik, obwohl verschiedenste physikalische Wirkungsmechanismen mathematisch in Beziehung gebracht würden. In der Magnetohydrodynamik, der Theorie strömender leitender Medien in magnetischen Feldern, könne gezeigt werden, dass sich in solchen Strömungen kleinste magnetische Felder, wie sie durch Instabilitäten hervorgerufen werden, selbst verstärken würden. Durch Streckung und Verwindung magnetischer Feldlinien in Strömungsfeldern entstünden zusätzliche elektrische Ströme und daraus wieder neue magnetische Felder, die die ursprünglichen verstärkten. Diese Induzierung eines magnetischen Feldes im äußeren flüssigen Kern ließe sich nach den Regeln der Magnetohydrodynamik beschreiben. Die Gleichungen der Magnetohydrodynamik verknüpfen hydrostatischen Druck, Massendichte, Geschwindigkeit, magnetische Feldstärke und anderes miteinander. Man spricht davon, dass der magnetische Fluss bzw. die Feldlinien im Medium eingefroren wären. Die Magnetfeldlinien könne man sich ihrerseits als gespannte Gummischnüre vorstellen, die sich wegen des hydrostatischen Drucks gegenseitig abstoßen würden.

So stellt die gegenwärtige Mainstreamwissenschaft die Wirkung der Hydrodynamik im Erdinneren dar und die Richtigstellung von Carl Niemann:

Es wird behauptet, man könne mit der Magnetohydrodynamik die Induzierung eines magnetischen Feldes im äußeren flüssigen Kern beschreiben. Es kann schon so sein, dass die Induzierung im Erdkern dermaßen beschrieben werden kann, aber ob sich die Realität an die Beschreibung hält, ist mehr als fraglich. Die verschiedenen Gleichungen und Formeln der MHD enthalten mathematische Ausdrücke für elektrischen Strom sowie magnetische Felder. Das sind aber Größen, die, wie bereits weiter vorn beschrieben, im Erdinneren nicht vorkommen. Für technische Anwendungen kann die MHD nützlich sein, für die Beschreibung der Ursache des Erdmagnetfeldes nicht. Darüber hinaus lassen sich folgende fraglichen bis falschen Darstellungen erkennen:

·    Die Feldlinien fließen mit dem Strom, wodurch der Name „eingefrorene Feldlinien“ entsteht.

·   Durch Streckung und Verwindung magnetischer Feldlinien in Strömungsfelder entstehen zusätzliche elektrische Ströme und daraus wieder neue magnetische Felder, die die ursprünglichen verstärken.

·   Die Magnetfeldlinien kann man sich als gespannte Gummischnüre vorstellen, die sich wegen des hydrostatischen Drucks gegenseitig abstoßen.

·       Die Feldlinien wickeln sich um die Erdachse.

Was damit ausgedrückt oder erklärt werden soll, versteht kein Mensch. Unter Beachtung dessen, dass Feldlinien generell nur gedachte Linien sind, um irgendein Feld auf dem Papier darzustellen, ist es völliger Quatsch, dass sie mit dem Strom fließen oder einfrieren können, zumal Magnetismus immer rechtwinklig zum Strom gerichtet ist. Und wie will man Feldlinien in Strömungsfeldern strecken oder verwinden? Wie sollen sich auf Papier gezeichnete Linien wie Gummischnüre spannen und sich gegenseitig abstoßen lassen? Wie sollen sie sich um die Erdachse wickeln? Wie erkennen die geladenen Teilchen die Feldlinien, nach denen sie sich richten würden?

Ohne ins Detail gehen zu müssen, kann man außerdem schon aus der Definition der Magnetohydrodynamik erkennen, dass sie für den GD nicht hilfreich sein kann, weil: Die MHD ist die Theorie des Verhaltens elektrisch leitender Flüssigkeiten in Anwesenheit eines Magnetfeldes.

Das Innere des Erdkernes ist zwar, wie behauptet wird, elektrisch leitend und flüssig, aber es fehlt auf jeden Fall das Magnetfeld, weil dieses laut MHD ja erst entsteht.

 

7. Das Erdmagnetfeld im Labor

Dass eine rotierende, elektrisch leitende Flüssigkeit ein sich selbst stabilisierendes Magnetfeld erzeugen kann, sollte im Forschungszentrum Karlsruhe nachgewiesen worden sein. Flüssiges Natrium mit einer Temperatur von 130 °C wurde auf Bahnen gezwungen, die den vermuteten Bewegungen im flüssigen Erdkern entsprechen. Tatsächlich zeigten die Messinstrumente nach kurzer Zeit ein stabiles Magnetfeld. Damit gelang es angeblich zum ersten Mal, ein Erdmagnetfeld im Labor zu simulieren. Die entscheidende physikalische Größe, die bestimmt, ob in einer Strömung ein Dynamoeffekt möglich ist oder nicht, sei die magnetische Reynolds-Zahl (https://idw-online.de/de/news17359).

Ein Magnetfeld im Labor zu erzeugen gelang dadurch, dass flüssiges Natrium mit einer Temperatur von 130 °C auf Bahnen gezwungen wurde, die den vermuteten Bewegungen im flüssigen Erdkern entsprächen. Diese Laborsimulation ist interessant, aber zu den realen Verhältnissen der Erde und ihrem Magnetfeld besteht kaum eine solche Ähnlichkeit, dass man daraus irgendwelche Beweise ableiten könnte. Eine hinreichende Ähnlichkeit wäre zwar angeblich mithilfe der magnetischen Reynolds-Zahl gegeben, aber daran muss stark gezweifelt werden, denn die Formel dafür Rm=μo x σ x υ x L ergibt bei Anwendung auf das GD-Modell keine Ähnlichkeit, wie man leicht nachvollziehen kann. Um diese zu erzielen, müssten die Reynolds-Zahlen der Erde und der Modellverhältnisse ähnlich sein. In der genannten Formel bedeutet Rm die dimensionslose Zahl zur Charakterisierung der Ähnlichkeit, μo die magnetische Feldkonstante, σ die elektrische Leitfähigkeit, υ die Geschwindigkeit und L die charakteristische Länge des Anwendungsfalles. Zum Zwecke der Vereinfachung kann man die Konstante μo und die Leitfähigkeit σ zusammenfassen. Sie ergeben etwa den Wert 20. Die Winkelgeschwindigkeit des Erdmodelles wird im Vergleich zur Winkelgeschwindigkeit der Erde etwa tausend Mal größer sein. Die charakteristische Größe der Modellkugel beträgt 2 m im Durchmesser, die der Erde 12.750.000 m. Für die Erde ergibt sich somit: Rm = 20 x 0,0007 x 12.750.000 = 178.500. Für das Modell ergibt sich : Rm = 20 x 0,7 x 2 = 28. Die Ähnlichkeit beträgt demzufolge 0,15 Tausendstel. Damit kann keine Rede von Ähnlichkeit oder Sinnhaftigkeit einer magnetischen Reynolds-Zahl sein. Es stellt sich die Frage, ob das Modell trotzdem den GD repräsentiert, denn außer der rein rechnerischen Betrachtung muss man vor allem auch die natürlichen Verhältnisse mit dem Modell vergleichen. Im Erdkern herrschen Temperaturen von 3.000 bis 5.000 °C. Die Temperatur des flüssigen Natriums beträgt nur 130 °C. Das ist noch wesentlich niedriger als die Grenztemperaturen des Magnetismus. Flüssiges Natrium hat auch völlig andere Eigenschaften als flüssiges Eisen. Weiterhin weist das Magnetfeld der Erde die Besonderheit auf, dass es großräumiger wirkt als ein künstlicher Magnet. Während sich die relativ geringe Flussdichte des Erdmagnetismus von beispielsweise 50 µT über Hunderte Kilometer unwesentlich ändert, wirkt ein künstlicher Magnet mit einer Flussdichte von beispielsweise 1 bis 2 Tesla im Zentimeterbereich. Wenn also die Modellkugel ein vergleichbares Magnetfeld erzeugen würde, müsste dieses außerhalb der Kugel im Abstand von wenigstens 5 bis 6 m messbar sein. Aber es gibt mit einem solchen Experiment noch ein anderes Problem, welches es von vornherein disqualifiziert. Das Problem besteht darin, dass das Modell ständig und vollständig von einem äußeren Magnetfeld umgeben ist, dem Erdmagnetfeld. Insofern verwundert es nicht, wenn mit einem Modell in einem großen äußeren Magnetfeld innerhalb des Modells zusätzlicher Magnetismus erzeugt wurde. Aussagekräftig wäre nur ein Experiment in einem abgeschirmten, magnetfeldfreien Raum. 

Insofern muss man resümieren, dass ein solches Modell wie in Karlsruhe keinen Beweis für die Richtigkeit des behaupteten GDs darstellt.

 

8. Die äußere Form des Magnetfeldes

Das Magnetfeld biete Schutz vor energiereicher kosmischer Strahlung und dem Sonnenwind. Die geladenen Teilchen würden entlang der Magnetfeldlinien um die Erde herum gelenkt. Lediglich an den Polgebieten könnten vermehrt Anteile dieser Teilchenschauer in die Erdnähe gelangen. Dort erzeugen sie in Wechselwirkung mit den oberen Schichten der Erdatmosphäre die Polarlichter. Die Feldlinien würden durch den Sonnenwind auf der sonnenzugewandten Seite relativ dicht an die Erde gedrückt und auf der sonnenabgewandten Seite in den Weltraum hinausgezogen.

Es wird weiterhin behauptet, dass die geladenen Teilchen entlang der Magnetfeldlinien um die Erde herum gelenkt würden. Keiner erklärt, wie geladene Teilchen die von Menschen erdachten Linien erkennen, die in der Natur nicht existieren. Vermutlich sind nicht die Feldlinien gemeint, sondern das Feld selbst. Aber ungeachtet der Beschreibung, ob Feld oder Feldlinien, stimmen die Verhältnisse so oder so nicht. Das Magnetfeld besteht nicht materiell. Es beinhaltet keine Partikel und damit keine Masse. Es repräsentiert lediglich eine Kraftwirkung. Deshalb kann es auch nicht von geladenen Teilchen verschoben werden. Bekannt ist, dass die magnetische Kraftwirkung durch alle Stoffe hindurchgeht, also auch durch den Weltraum, ein Vakuum mit geladenen Teilchen. Daraus folgt, dass nicht die geladenen Teilchen das Magnetfeld dicht an die Erde drücken bzw. in den Weltraum hinausziehen, sondern umgedreht. Warum das so ist, erkennt man, wenn man die Gesetzmäßigkeit mit der sogenannten Lorentzkraft beachtet, nach der bewegte Ladungen im Magnetfeld nicht das Magnetfeld ablenken, sondern das Magnetfeld die Ladungen ablenkt (https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/kraft-auf-stromleiter-e-motor/grundwissen/lorentz-kraft).

Diese Erscheinung hat zwar nichts mit dem GD zu tun, aber sie ist ein Vorgriff auf die tatsächliche Ursache des Erdmagnetfeldes, die im folgenden Post vorgestellt wird.