De dieren merken er niets van

Geomagnetische stormen hebben op grondniveau maar weinig invloed op het aardmagnetisch veld. De kern van de aarde zelf telt hiervoor veel zwaarder mee.

Karel Knip

ALS DE ZON het hoogtepunt in haar elfjarige activiteitscyclus nadert, nemen ook de 'geomagnetische stormen' in kracht en aantal toe. Op onregelmatige momenten stoot de zon in de vorm van zonnevlammen wolken geïoniseerde (elektrische geladen) deeltjes uit die, als zij de aarde na een paar dagen naderen, elektrische stromen opwekken in de ionosfeer. Deze gaan gepaard met wisselende magnetische velden die op hun beurt aan het aardoppervlak elektrische stromen kunnen opwekken in goede geleiders met een grote uitgestrektheid: pijpleidingen en hoogspanningsleidingen.

Toch is de invloed van magnetische stormen op de grootte en oriëntatie van het aardmagnetisch veld zelf maar gering, althans voorzover dat veld wordt gemeten op grondniveau. Het gewone technische en wetenschappelijke gebruik van het magnetisch veld (in de navigatie en geologie) komt alleen bij extreem zware magnetische stormen in gevaar. Doorgaans is de invloed onbetekenend. Ook kan veilig worden aangenomen dat de kleine variaties niet worden waargenomen door dieren - als die überhaupt in staat zijn magnetisme waar te nemen en te gebruiken. Daarover is nog veel debat.

Dat is in het kort een schets van de invloed van de periodiek toenemende zonneactiviteit op het aardmagnetisch veld. De verklaring voor de betrekkelijke ongevoeligheid van dat veld is dat het op grondniveau voornamelijk onder invloed staat van de grote en nog grotendeels onbekende 'geomagnetische dynamo' diep in de aarde. Het aardse magnetisme wordt opgewekt door een bewegende, gesmolten en goed geleidende massa rond de vaste aardkern.

De stromingen, die worden aangedreven door het langzaam stollen van de massa (vermoedelijk ijzer), zijn grotendeels autonoom. Ze staan niet onder invloed van de zonneactiviteit en zelfs nauwelijks of niet onder invloed van zoiets als een getijdewerking (opgewekt door de aantrekkingskracht van zon en maan). Wel zijn de stromen grillig: op onregelmatige tijden in het geologisch verleden verlegden zij zich zodanig dat een 'ompoling' van het aardse magnetisme optrad: de noordpool werd zuidpool en omgekeerd.

Op bepaalde plaatsen op aarde, zoals bijvoorbeeld IJsland, is er bovendien een kleine bijdrage aan de magnetische veldsterkte aan het aardoppervlak van remanent (achtergebleven) magnetisme in ijzerhoudende gesteentesoorten die lang geleden in gemagnetiseerde toestand stolden en zo een herinnering bewaren aan de oriëntatie van het toen bestaande magnetisch veld. Het bovengenoemde 'interne veld' van de aarde, hier en daar aangevuld met dit laatste magnetisme, is verantwoordelijk voor meer dan 95 procent van de veldsterkte aan het aardoppervlak. En zoals gezegd: het reageert niet op de zonneactiviteit.

Dat is wel het geval met de derde component: de invloed van de ionosfeer. Het zijn haar variaties die een duidelijk meetbare elfjarige cyclus aan het aardmagnetisme toevoegen. De ionosfeer is het deel van de atmosfeer, ruwweg tussen 50 en 1000 kilometer hoogte met een 'maximum' op ongeveer 400 kilometer, dat voor zijn typische eigenschappen sterk afhankelijk is van de zon. De ionosfeer bestaat uit verdunde gassen die onder invloed van zonnestraling (ultraviolette en hardere straling) voor een deel zijn geioniseerd. De dagelijkse opwarming en afkoeling en een getijdenwerking (vergelijkbaar met de getijdenwerking die in zee eb en vloed doet ontstaan) wekken krachtige stromingen op. De door die stromende elektrische ladingen gegenereerde magnetische velden zijn aan het aardoppervak meetbaar.

De geïoniseerde gasmassa's die de actieve zon op onregelmatige tijden richting aarde werpt, kunnen de gewone stromingen in de ionosfeer formidabel versterken. Of ze dat in een specifiek geval ook werkelijk doen, is afhankelijk van de oriëntatie van het magnetisch veld dat de uitgeworpen gasmassa met zich meedraagt. Dat maakt het voorspellen van magnetische stormen bij de huidige stand van de techiek nogal moeilijk. Buiten de ionosfeer bestaan nog meer, vluchtiger en extreem kwetsbare aardse magnetische velden, maar hun invloed op de magnetische veldsterkte aan het aardoppervlak is verwaarloosbaar.

De grootte van dat veld, dat op onze breedte schuin naar beneden wijst (zoals een aan een draad opgehangen vrij beweegbare kompasnaald zichtbaar zou maken) is, in de gangbare eenheid uitgedrukt, ruwweg 55 microtesla of 55.000 nanotesla. (Een 'nanotesla' is even groot als de oude 'gamma'). Magnetische stormen kunnen daar enige honderden nanotesla, in extreme gevallen meer dan duizend tesla, aan toe of af doen. De zonneverstoring beloopt dus maar zelden meer dan 1 procent. Daarbij kan de horizontale component van het magnetisch veld, die de richting van de kompasnaald bepaalt, enige minuten van de gangbare kompasrichting afwijken.

Voor de gewone koersbepaling van schepen, die pas in gevaar zou komen als er een halve graad (dertig minuten) onverwachte afwijking in de richting van het veld optreedt, is dit van geen enkel belang. Voor de plaats-bepaling op zee (gesteld tegenover de koers-bepaling) wordt niet van het kompas gebruikgemaakt. Ook vroeger speelde het kompas daarin een minimale rol. Men vertrouwde op uurwerk en sextant.

De gewone navigatie heeft dus weinig te vrezen van een plotseling oplaaiende zonneactiviteit en de daarbij optredende magnetische stormen. Mogelijk moet er rekening mee worden gehouden in geologisch onderzoek van het soort waarbij de sterkte van het magnetisch veld aanwijzingen kan geven over de samenstelling van de ondergrond. Denkbaar is ook dat de militaire onderzeebootopsporing (waarbij ook van veranderingen van het lokale magnetische veld wordt gebruikgemaakt) last heeft van hevige magnetische stormen.

Het zijn vooral de elektrische effecten van magnetische stormen (in hoogspanningsleidingen en dergelijke) die een waarschuwingssysteem wenselijk maken. Voor een deel zijn zware magnetische stormen ook wel te voorspellen, want zonnevlammen en andere uitingen van toenemende zonneactiviteit zijn vanaf aarde gewoon zichtbaar en een uitgeworpen gasmassa reist langzamer dan het licht.

In de praktijk is grote behoefte aan informatie over de oriëntatie van het magnetisch veld dat de gasmassa met zich meedraagt. Daarover is op afstand weinig te zeggen. Een systeem van 'early warning'-satellieten, die op veel grotere afstand om de aarde draaien dan de bestaande geostationaire (de verst verwijderde satellieten die in gebruik zijn), zou daarin verbetering kunnen brengen.