De magnetische noordpool verschuift

Vorige week kopten diverse kranten over de 'mysterieuze verschuiving' van de magnetische noordpool. Wat is de magnetische noordpool en waarom verschuift deze? Annemarieke Béguin, promovenda paleomagnetisme aan de Universiteit Utrecht, legt uit wat er gaande is op en rond de Noordpool en hoe we dat weten.

Op het moment zien we een toename in de snelheid van de verschuiving van de magnetische noordpool richting de geografische noordpool. De geografische noordpool kan iedereen aanwijzen: de plek waar de draaiings-as van de aarde de aarde verlaat. Deze pool blijft – op de tijdschaal van duizenden jaren – op z’n plek. Het geomagnetische noorden is net wat anders, namelijk de pool waar je kompas naartoe wijst. Deze pool kan van plek veranderen. Het verschil tussen de geografische en geomagnetische polen is vooral van belang voor navigatieapparatuur: met een GPS kan je precies bepalen waar je bent op de wereld, maar niet welke kant je op gaat. Daarvoor gebruik je een kompas, dat naar het magnetische noorden wijst. Om vervolgens het geografische noorden te bepalen moet je weten wat het verschil tussen het geografische en magnetische noorden is en daarvoor corrigeren. Die correctie gebeurt met het model van het aardmagneetveld, het World Magnetic Model. Elke vijf jaar wordt er een nieuwe versie van het World Magnetic Model gemaakt met een voorspelling van de verandering voor de komende jaren, de meest recente versie van dit model komt uit 2015. Het voorspellen van de beweging van de magnetische pool is lastig aangezien de pool dynamisch is, daarom kan het zijn dat de voorspelling iets naast de werkelijke verplaatsing zit, als deze afwijking te groot is, moet het model worden aangepast. Omdat de snelheid waarmee de magnetische noordpool beweegt meer is toegenomen dan de ontwikkelaars van het model hadden voorspeld, moet er vroegtijdig een vernieuwde versie komen.

Verplaatsing van de polen

De geomagnetische noordpool ontstaat door het aardmagneetveld. De binnenste helft van de aarde noemen we de kern, die weer verdeeld wordt in een binnen- en buitenkern. De binnenkern is een vaste bal van ijzer en nikkel. Interessanter is de buitenkern, die is van vloeibaar ijzer, ongeveer net zo vloeibaar als stroop voor op een pannenkoek. Doordat de buitenkern vloeibaar is en de aarde draait krijg je wervelingen in de buitenkern, dat zorgt voor het aardmagneetveld. De stroming in de buitenkern wordt gericht door de draaiing van de aarde, waardoor de magnetische polen altijd in de buurt ligt van de geografische polen. Maar de magnetische polen zijn dynamisch, het 'wandelen' van de magnetische pool om de geografische noordpool noemen we seculaire variatie. Dit is een proces wat altijd gaande is en veranderingen kunnen gemeten worden op hele kort tijdschalen, gemiddeld verplaatsen de polen bijvoorbeeld met 5-10 km per jaar.

Het aardmagneetveld kan – op langere tijdschalen – veel dramatischer gedrag vertonen, het kan bijvoorbeeld omwisselen van polariteit, dan wijst je kompas volledig de andere kant op. De magnetische noordpool wordt dan de magnetische zuidpool, en andersom. Gemiddeld poolt het aardmagneetveld eens per 300 duizend jaar om. De laatste ompoling was ongeveer 780 duizend jaar geleden. Voor een ompoling moet het aardmagneetveld veel zwakker worden dan het nu is, het veld is - ondanks de recente snelle veranderingen in het aardmagneetveld - nu nog ongeveer drie keer zo sterk als het veld was tijdens de vorige ompoling. Een nieuwe ompoling lijkt er daarom voorlopig nog niet aan te komen. Het is ook niet iets om bang voor te zijn, het grootste verschil na een ompoling zal zijn dat je kompas naar Antarctica wijst in plaats van naar de huidige Noordpool.

Onderzoek

Sinds ongeveer 1843 hebben we apparatuur om het magneetveld te kunnen observeren. En sinds 1970 hebben we satellieten die om de aarde draaien die het aardmagneetveld observeren en veranderingen in het magneetveld meten (afbeelding 1). De veranderingen van 1970 tot nu zijn goed beschreven, maar om de veranderingen in het aardmagneetveld echt te kunnen gaan voorspellen, is het heel belangrijk om te weten hoe het veld zich over een veel langere periode, bijvoorbeeld in de afgelopen tien duizend jaar, gedragen heeft.

Als je verder terug in de tijd wil dan het jaar 1843, en bijvoorbeeld wil weten hoe het aardmagneetveld zich 1000 jaar geleden gedroeg is er een andere manier nodig om tot deze informatie te komen. Dit kunnen we doen aan de hand van absolute recorders van het aardmagneetveld. Een voorbeeld van een absolute recorder is een lava. In een vulkaan zit vloeibaar gesteente dat erg rijk is aan hele kleine ijzerdeeltjes. Wanneer een vulkaan uitbarst en lava afkoelt op het aardoppervlak worden deze ijzerdeeltjes een klein beetje magnetisch door het aardmagneetveld van dat moment. De richting die je kompas aanwijst tijdens het stollen van de lava wordt dan vastgelegd. Als je weet wanneer lava is afgekoeld, kun je voor die tijd en die plek het aardmagneetveld bepalen. Lavas met verschillende ouderdommen op een vulkaan vormen zo een archief van het gedrag van het aardmagneetveld. Dit kan worden gebruikt voor het maken van een beschrijving van het gedrag van het aardmagneetveld voor die plek op aarde.

Door curves van het gedrag van het aardmagneetveld te vergelijken voor verschillende vulkanische gebieden, bijvoorbeeld Hawaii, de Canarische eilanden en Indonesië, krijg je een beeld van het gedrag van het aardmagneetveld over de hele aarde. Deze informatie is cruciaal om veranderingen in het aardmagneetveld te kunnen doorgronden en zo beter te kunnen begrijpen hoe het aardmagneetveld werkt.