Wetenschap

Magnetische noorden verschuift en niemand weet waarom

Het World Magnetic Model, waarop veel navigatiesystemen zijn gebaseerd, is eindelijk bijgewerkt. Maar wat betekent dat? vrijdag, 8 februari 2019

Door Maya Wei-Haas

Het magnetische noorden is al sinds mensenheugenis aan de wandel. In de voorbije eeuw is het punt waarop onze kompassen zich richten steeds verder naar het noorden opgeschoven, als gevolg van veranderingen in de vloeibare buitenkern van de aarde, die zo’n drieduizend kilometer onder het aardoppervlak rondkolkt. Maar in de afgelopen jaren hebben wetenschappers iets vreemds opgemerkt: het gebruikelijke tempo waarin het magnetische noorden zich verplaatst, is opeens versneld, waardoor het nu op relatief hoge snelheid over het noordelijk halfrond schuift – en niemand weet precies waarom.

De veranderingen zijn zó opmerkelijk dat wetenschappers zijn begonnen aan een broodnodige update van het World Magnetic Model (WMM), de wiskundige 3D-weergave waarop de navigatie van talloze systemen is gebaseerd, van smartphones tot schepen en verkeersvliegtuigen. Maar door de ‘shutdown’ van de federale overheid in de VS moest de officiële publicatie van het bijgewerkte model worden uitgesteld, berichtte de website Nature News eerder dit jaar.

Nu is het wachten voorbij, want het bijgewerkte World Magnetic Model werd afgelopen maandag gepresenteerd, waardoor mensen in de hele wereld weer precies kunnen bepalen waar het magnetische noorden ligt.

Maar er blijven nog veel vragen: waarom verschuift de magnetische noordpool zo snel? Wat zijn de gevolgen van het uitstellen van het model geweest? Zijn fouten in Google Maps gebaseerd op geologische gegevens? We zetten alles op een rijtje.

What is het magnetische noorden?

Het magnetische noorden is een van de drie ‘noordpolen’ van onze planeet. De eerste is de geografische Noordpool, die precies op het noordelijk uiteinde van de as ligt waaromheen de aarde draait.

Maar de beschermende magnetische ‘zeepbel’ of magnetosfeer die rond de aarde hangt, ligt niet op één lijn met de geografische Noordpool. De buitenkern van de aarde, die als een reusachtige elektrische dynamo fungeert, creëert een aardmagnetisch veld dat enigszins uit het lood staat ten opzichte van de rotatie-as van de aarde. Het noordelijk uiteinde van de denkbeeldige planetaire magneet wordt de ‘geomagnetische noordpool’ genoemd, en die ligt voor de noordwestkust van Groenland. De geomagnetische noordpool is in de afgelopen eeuw maar weinig verschoven.

Dan is er nog de magnetische noordpool, het punt waarop jouw kompas zich richt. Dit punt wordt omschreven als de plek waarop alle veldlijnen van het aardmagnetisch veld verticaal naar beneden zijn gericht. Anders dan de geomagnetische noordpool is dit punt meer onderhevig aan de woeste wervelingen in de buitenkern van de aarde, die uit vloeibaar ijzer en nikkel bestaat. Deze wervelingen trekken en duwen aan het aardmagnetisch veld, waardoor het magnetische noorden over de aardbol verschuift.

“Het magnetische noorden is een nogal gevoelige plek,” zegt Phil Livermore, geofysicus aan de University of Leeds.

What is het World Magnetic Model?

Het was James Clark Ross die in 1831 als eerste de magnetische noordpool vaststelde. De pool lag destijds tussen de verspreid liggende eilanden van het Canadese territorium Nunavut, maar sindsdien is het punt over het algemeen richting het noorden ‘gewandeld’ en heeft in de afgelopen tientallen jaren meerdere honderden kilometers afgelegd. (Vreemd genoeg is zijn tegenpool, het magnetische zuiden, in deze periode amper verschoven.)

Om al deze veranderingen bij te houden ontwikkelden de Amerikaanse National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) en de British Geological Survey (BGS) een model dat uiteindelijk als World Magnetic Model werd ingesteld, “zodat alle neuzen zogezegd in dezelfde richting zouden wijzen,” zegt Ciaran Beggan, geofysicus van de BGS.

Het model wordt elke vijf jaar bijgewerkt, voor het laatst in 2015. Tussen de updates in controleren wetenschappers de accuraatheid van het model aan de hand van metingen op de grond door magnetische observatoriums en van satellietgegevens van de ‘Swarm’-missie van de ESA – een drietal satellieten dat elke dag 15- tot 16-maal rond de aarde draait en daarbij de veldlijnen van het aardmagnetisch veld in kaart brengt. Tot nu toe leek dit controlesysteem voldoende te zijn om de opmars van het magnetische noorden richting Siberië te kunnen volgen.

Halverwege de vorige eeuw wandelde de magnetische noordpool in een gemoedelijk tempo van zo’n dertig meter per dag over het noordelijk halfrond, zodat hij ruim elf kilometer per jaar verschoof. Maar in de jaren negentig van de vorige eeuw begon dit ‘polaire wandelpad’ te versnellen. Aan het begin van de jaren 2000 verschoof de magnetische noordpool inmiddels in een tempo van ruim 54 kilometer per jaar.

“Op hogere noorderbreedten zijn eigenlijk heel vreemde dingen aan de hand,” zegt Livermore. Volgens hem lijkt de versnelling samen te vallen met een steeds sterker wordende straalstroom binnenin de vloeibare buitenkern van de aarde. Hoewel er een verband tussen de beide fenomenen kan bestaan, is dat nog niet zeker.

Begin 2018 merkten wetenschappers dat het model spoedig de grenswaarden voor een goed verlopende magnetische navigatie zou overschrijden. Nog vóór de geplande update van het WMM in 2020 moest er iets gebeuren.

Heeft de ‘shutdown’ in de VS de navigatie verstoord?

Om het bestaande WMM te actualiseren, gebruikten wetenschappers van de NOAA en de BGS gegevens van de afgelopen drie jaar om het model iets aan te passen. Deze bijgewerkte versie werd in oktober 2018 alvast online gezet en was volgens Beggan vooral bedoeld voor de belangrijkste gebruikers van het model: instellingen op het gebied van defensie, zoals het Amerikaanse Pentagon, het Britse ministerie van Defensie en de NAVO.

Om het bestaande WMM te actualiseren, gebruikten wetenschappers van de NOAA en de BGS gegevens van de afgelopen drie jaar om het model iets aan te passen. Deze bijgewerkte versie werd in oktober 2018 alvast online gezet en was volgens Beggan vooral bedoeld voor de belangrijkste gebruikers van het model: instellingen op het gebied van defensie, zoals het Amerikaanse Pentagon, het Britse ministerie van Defensie en de NAVO.

Door de shutdown van de federale overheid in de VS werd de uitgebreide publieke presentatie van de informatie – waaronder online-rekentabellen, software en een technische toelichting op de doorgevoerde veranderingen – uitgesteld. Maar in principe werd iedereen die van magnetische navigatie gebruikmaakt, door de update bediend, aldus Arnaud Chulliat, expert in het aardmagnetisch veld aan de University of Colorado in Boulder en een van de NOAA-wetenschappers die aan de update meewerkte.

Het model wordt inmiddels toegepast op veel van onze moderne navigatiesystemen, waaronder Google Maps en Apple Maps, aldus Beggan. Het verschil met de meeste civiele toepassingen zijn heel klein en de veranderingen betreffen vooral noorderbreedten boven de 55 graden.

“De gemiddelde gebruiker zal niet al te veel van de aanpassingen merken, tenzij hij of zij in het Noordpoolgebied rondtrekt,” zegt Beggan.

Wat veroorzaakt de vreemde verschuiving?

Deze onverwachte schokken in het aardmagnetisch veld vertellen wetenschappers meer dan alleen dat ze hun kaarten moeten aanpassen. Verschuivingen in de krachtlijnen van het aardmagnetisch veld vormen een van de weinige manieren waarop zij inzicht kunnen krijgen in processen die zich duizenden kilometers onder onze voeten afspelen.

Op het herfstcongres van de American Geophysical Union in 2018 presenteerde Livermore naar eigen zeggen een “touwtrekmodel” van het aardmagnetisch veld, waarmee hij het vreemde gedrag van het magnetische noorden mogelijk kon verklaren. De locatie van de magnetische noordpool wordt volgens hem bepaald door twee regio’s in het aardmagnetisch veld, de ene onder Noord-Canada en de andere onder Siberië. In het verleden nam het Noord-Canadese veld geleidelijk in kracht toe en hield daarmee de magnetische noordpool in een ijzeren greep. Maar daarin lijkt nu verandering te zijn gekomen.

“Het ziet ernaar uit dat het Siberische veld aan de winnende hand is,” zegt hij. “Het trekt het aardmagnetisch veld helemaal naar zijn kant van de geografische Noordpool.”

Dat alles kan het gevolg zijn van het kielzog van een straalstroom binnenin de vloeibare buitenkern van de aarde, die het aardmagnetisch veld onder Canada verzwakt, legt hij uit. De toegenomen snelheid van de straalstroom lijkt in de afgelopen decennia gelijk op te zijn gegaan met een noordwaartse verschuiving van de magnetische noordpool. Maar Livermore waarschuwt voor al te voorbarige conclusies.

“Er kan zeker een verband bestaan,” zegt hij. “Het is nog niet zeker, maar het is zeker een mogelijkheid.”

Wat is de toekomst van de magnetische noordpool?

Het is moeilijk te voorspellen wat er met de magnetische noordpool zal gebeuren, zelfs niet of hij zijn snelle wandeling richting Siberië zal volhouden, zegt Robyn Fiori, onderzoeker van Natural Resources Canada. Het enige dat zeker is, is dat het magnetische noorden onvoorspelbaar is.

In gesteenten zijn nog veel merkwaardigere verplaatsingen van de magnetische polen vastgelegd, en daaruit blijkt dat de beide magnetische polen in de afgelopen twintig miljoen jaar talloze malen zijn omgedraaid. Zoiets schijnt elke twee- tot driehonderdduizend jaar te gebeuren. De precieze oorzaak van deze omdraaiingen blijft een mysterie. Maar je hoeft je naar aanleiding van de jongste verplaatsingen geen zorgen te maken over een aanstaande omdraaiing van de polen.

“Er zijn geen aanwijzingen dat er een omdraaiing zal plaatsvinden,” zegt Beggan. “En ook al zouden de polen omdraaien, dan blijkt uit geologische gegevens uit het verleden dat het minstens een paar duizend jaar duurt voordat de polen zijn omgedraaid.”

Uit modellen van de magnetische noordpool komt naar voren dat deze jongste versnelling lang niet het vreemdste gedrag is dat de pool in de recente geschiedenis heeft laten zien, zegt Fiori. Vóór 1900 verliep het ‘polaire wandelpad’ waarschijnlijk veel grilliger, met inbegrip van meerdere haarspeldbochten in Noord-Canada die de pool korte tijd richting het zuiden stuurden.

“Het heeft allemaal te maken met veranderingen in de vloeistofbewegingen van die buitenkern,” zegt zij. Daarom is het ook zo moeilijk te voorspellen of het recente tempo waarin de magnetische noordpool zich nu verplaatst, in de toekomst zal aanhouden.

“We weten dat de pool nu sneller wandelt dan in tientallen jaren, maar hoe vaak is dat niet in de lange geschiedenis van het aardmagnetisch veld gebeurd?” zegt Geoff Reeves, ruimtewetenschapper van het Los Alamos National Laboratory.

“We hebben geen idee. Wat we wél weten, is dat de pool iets anders doet dan anders, en dat is wetenschappelijk gezien altijd spannend.”

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

Lees meer