Erde

Untersuchungen von altem Vulkangestein zeigen, dass die Mineralien nach dem Magnetfeld, das zur Zeit ihrer Abkühlung existierte, ausgerichtet waren. Weltweite Auswertungen solcher Minerallagerstätten zeigen, dass sich im Lauf der Erdgeschichte die Ausrichtung des Magnetfeldes in Bezug auf die Kontinente verschoben hat, obwohl angenommen wird, dass die Erdachse die gleiche geblieben ist. Der magnetische Nordpol lag z. B. vor 500 Millionen Jahren südlich von Hawaii, während der nächsten 300 Millionen Jahre verlief der magnetische Äquator durch die Vereinigten Staaten. Um dies zu erklären, nehmen die Geologen an, dass sich Teile der äußeren Erdkruste allmählich in verschiedene Richtungen verschoben haben. Wenn dies richtig wäre, wären die Klimagürtel dieselben geblieben, aber die Kontinente hätten sich langsam durch die verschiedenen Breitengrade bewegt.

Neuere Untersuchungen von Restmagnetismus im Gestein und in magnetischen Anomalien auf dem Meeresboden haben gezeigt, dass das Magnetfeld der Erde in den letzten 100 Millionen Jahren seine Polarität mindestens 170-mal geändert hat. Die Kenntnis um diese Umpolungen, die mit Hilfe von radioaktiven Isotopen im Gestein datiert werden können, hatte großen Einfluss auf die Theorien der Kontinentalverschiebung und der Ausbreitung der Meeresböden.

Es gibt drei elektrische Systeme, die durch natürliche geophysikalische Vorgänge in der Erde und in der Atmosphäre gebildet werden. Eines davon befindet sich in der Atmosphäre, eines in der Erde, parallel ihrer Oberfläche. Das dritte, das ständig elektrische Ladung zwischen der Atmosphäre und der Erde transportiert, verläuft vertikal (siehe Elektrizität).

Atmosphärische Elektrizität entsteht aus der Ionisation der Atmosphäre durch Sonnenstrahlung und durch die Bewegung von Ionenwolken, die durch atmosphärische Tiden transportiert werden. Eine Ausnahme bildet die Art von Elektrizität, die durch die Aufladungen in einer Wolke entsteht. Durch diese Aufladung entstehen Blitze. Atmosphärische Tiden entstehen durch den Einfluss der Anziehungskraft von Sonne und Mond auf die Erdatmosphäre (siehe Gravitation), entsprechend steigen und fallen sie täglich wie die Tiden der Meere. Die Ionisierung und damit die elektrische Leitfähigkeit der Atmosphäre ist in der Nähe der Erdoberfläche gering, nimmt aber mit größerer Höhe schnell zu. Zwischen 40 und 400 Kilometern über der Erde bildet die Ionosphäre eine fast perfekt leitende kugelförmige Hülle. Diese Hülle reflektiert Radiosignale einer bestimmten Wellenlänge, unabhängig davon, ob sie ihren Ursprung auf der Erde oder im Weltraum haben. Die Ionisierung der Atmosphäre schwankt nicht nur mit der Höhe, sondern auch mit der Tageszeit und dem Breitengrad sehr stark.

Sie bilden ein weltweites System von acht Stromkreisen, die gleichmäßig auf beiden Seiten des Äquators verteilt sind. Außerdem gibt es eine Reihe kleinerer Stromkreise in der Nähe der Pole. Obwohl man bisher angenommen hat, dass dieses System vollständig durch die täglichen Veränderungen in der atmosphärischen Elektrizität induziert wird, sind die Ursprünge des Systems wahrscheinlich von komplexerer Natur. Der Erdkern, der aus geschmolzenem Eisen und Nickel besteht, leitet Elektrizität. Er kann mit dem Anker eines riesigen Generators verglichen werden. Es wird vermutet, dass thermische Konvektionsströme im Kern das geschmolzene Metall in kreisförmigen Bahnen zum Magnetfeld der Erde bewegen und dadurch ein System von Erdströmen erzeugen.

Die Oberfläche der Erde trägt eine negative elektrische Ladung, die ständig ergänzt wird. Alle Messungen bei schönem Wetter haben ergeben, dass positiv geladene Ströme aus der Atmosphäre zur Erde fließen. Der Grund dafür ist die negative Ladung der Erde, die positive Ionen aus der Atmosphäre anzieht. Nach einer älteren Theorie wird der Strom zur Erde durch Ströme zur Atmosphäre in den Polarregionen ausgeglichen. Die heute anerkannte Theorie hingegen geht davon aus, dass negativ geladene Teilchen bei Stürmen zur Erde fließen, bei schönem Wetter wird die zur Erde fließende positive Ladung durch den Rückfluss aus stürmischen Gebieten ausgeglichen. Man konnte nachweisen, dass aus Gewitterwolken eine negative Ladung zur Erde fließt und dass die Menge an elektrischer Energie, die bei Stürmen erzeugt wird, ausreicht, um die Ladung der Erdoberfläche zu ergänzen.