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Death Valley : Aussicht vom Zabriskie Point

Endlos weite, steinige Leere, ein weites, wüstes Land unter allzeit erbarmungslos gleissender Sonne. Das Death Valley, buchstäblich ein ‘Tal des Todes’, scheint wirklich kein Ort für Leben zu sein. Doch über das Jahr hinweg ist das Wetter im Todestal ebenso vielfältig wie seine Bewohner, die den Schutz eines der extremsten Nationalparks in den USA geniessen.

Wir haben das Death Valley im Hochsommer erkundet – in einer Jahreszeit, die zweifellos hitzetoleranten Abenteurern vorbehalten ist. Doch mit einem modernen Auto können heute inbesondere grössere und grosse Forscher dieses Abenteuer ohne Schwierigkeiten bestreiten. Und obwohl der Sommer im Death Valley nicht dazu einlädt, lange im Freien herum zu laufen, gibt es doch eine Menge zu entdecken und zu tun. Fünf Vorschläge dafür möchte ich heute vorstellen.

Abenteuer Death Valley: Gute Vorbereitung ist unerlässlich!

Wie bereits erwähnt, ist ein modernes Auto das A und O für eine Fahrt in bzw. durch das Todestal. Denn besonders im Sommer geht dort für die meisten von uns ohne Klimaanlage gar nichts. Ausserdem habe ich die angenehme Erfahrung machen dürfen, dass moderne Motoren auch mit extremer Hitze problemlos zurecht kommen.

Dennoch sollte man im Death Valley eine Panne nach Möglichkeit vermeiden, denn dort gibt es über Dutzende Meilen hinweg gar nichts: Keine Tankstelle, keine Autowerkstatt, keinen Abschleppdienst, kein flächendeckendes Handynetz – und keinen Schatten.

Strasse ins Death Valley: Die nächsten 116 Kilometer gibt es weder Sprit noch Wasser noch Werkstatt!
Strasse ins Death Valley: Die nächsten 116 Kilometer gibt es weder Sprit noch Wasser noch Werkstatt!  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung – Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz by Reto Lippuner

Reiseführer empfehlen deshalb, vor der Einfahrt in den Nationalpark den Öl- und Kühlwasserstand zu überprüfen und gegebenenfalls nachzufüllen. Ausserdem ist voll tanken angesagt, denn es gibt keine Garantie, dass die einzige Tankstelle innerhalb des Tales geöffnet und Treibstoff vorrätig hat.

Wir sind im Sommer 2014 von Las Vegas kommend von Südost nach Nordwesten durch den Park gefahren. So sind wir an der Westausfahrt in Panamint Springs an einer der wohl teuersten Tankstellen der vereinigten Staaten vorbei gekommen – und waren froh, auch dort noch nicht tanken zu müssen.

Doch auch für das Expeditionsteam muss gesorgt sein. Reichlich Wasser – mehrere Liter pro Person und Tag – sind überlebenswichtig! Nicht nur könnt ihr euch dann leisten, jederzeit zu trinken, wenn euer Körper danach verlangt. Sondern ihr habt auch dann genug, wenn doch einmal eine Panne passiert und ihr länger als geplant in der Hitze verweilen müsst. Wir hatten für unsere eineinhalbtägige Durchfahrt für zwei Personen fast 20 Liter im Auto, sodass wir uns um Durst keine Sorgen machen mussten.

Der gleissenden Sonne wegen sind UV-undurchlässige Kleidung, eine Kopfbedeckung und Sonnencreme mit einem hohen Lichtschutzfaktor ebenfalls sehr empfehlenswert, ganz besonders für hellhäutige Expeditionsteilnehmer.

Bei den folgenden Forscher-Aktivitäten können zudem folgende besondere Ausrüstungsgegenstände von Nutzen sein: Ein Thermometer mit einer Skala bis mindestens 50°C (besser mehr), ein Magnet, für Himmelsunkundige eine Sternkarte und gegebenenfalls eine Taschenlampe mit einem Rotfilter bzw. einer roten Folie vor der Lichtquelle.

Warum der ganze Aufwand?

Im Death Valley steigen die Temperaturen im Sommer tagsüber weit über 40°C, zuweilen sogar über 50°C und sinken auch nachts nur wenig ab! Nebst Sonnenbrand kann das schnell zu einem Hitzschlag oder Flüssigkeitsmangel führen – und beides kann unbehandelt tödlich enden. Das Auto mit Klimaanlage hat sich uns daher als unverzichtbare allgegenwärtige Zuflucht erwiesen.

Bleibt daher immer in der Nähe eures Wagens und mit diesem an den (asphaltierten) Hauptstrassen. Dort sind im Death Valley nämlich auch im Sommer regelmässig Autos unterwegs, sodass ihr dort nicht lange auf Hilfe warten müsst.

Längere Spaziergänge und Wanderungen sind damit im Sommer nicht möglich – aber auch in der Nähe der Strasse(n) gibt es im Tal des Todes reichlich zu tun und zu entdecken!

Forscher-Aktivitäten (auch) im Sommer

1. Eine Salzpfanne erkunden

Die Badwater Road (Highway Nr. 178), eine der asphaltierten Hauptstrassen im Death Valley Nationalpark, verläuft in Nord-Süd-Richtung mitten durch das Tal des Todes. Dabei führt sie direkt am der weiten Salzpfanne im “Badwater Basin” vorbei. Das Gebiet ist mit 86 Metern unter dem Meeresspiegel der tiefstgelegene Landstrich Nordamerikas und war einmal der Grund eines grossen Sees. Der ist heute praktisch ausgetrocknet – und eine Schicht aus einst darin gelösten Salzen ist das einzige, was davon übrig ist.

Etwa auf halber Strecke entlang der Salzfläche gibt einen grossen Parkplatz, von welchem aus ein Holzsteg auf die Salzfläche hinaus führt. Eine Tafel markiert auf dem Steg den “tiefsten Punkt Nordamerikas”.

Badwater Basin: Die Salzpfanne am tiefstgelegenen Punkt der USA
Badwater Basin: Die Salzpfanne am tiefstgelegenen Punkt der USA.
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Anders als viele ähnliche Stege kann man diesen am Ende verlassen und einen Spaziergang auf der Salzfläche wagen.  Begehbare Flächen sind sichtbar flach getreten. Aber Achtung! Im Sommer ist es hier extrem heiss und gleissend hell, sodass ihr euch in keinem Fall weit von Steg und Auto entfernen solltet! Dafür gibt es auch bereits in der Nähe des Steges bizarre Salzkrusten zu entdecken. Und selbst im Hochsommer (wir waren Ende Juli dort) verraten Wasserlachen auf dem Salz, dass es selbst im Death Valley auch mal regnet. Das Wasser in den Lachen dürfte extrem salzig und daher nicht trinkbar sein: das “Badwater” Basin hat seinen Namen nicht von ungefähr.

Wasserrest in der Salzpfanne des Badwater Basin
Völlig versalzen: Das ‘schlechte Wasser’ im Badwater Basin ist nicht zum Trinken geeignet! 
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Im Norden des Beckens (es gibt dort einen weiteren Parkplatz) nimmt die dicke, zersprungene Salzkruste geradezu groteske Formen an. Eine rauhe, bis auf angelegte Pfade vollkommen unwegsame Oberfläche aus zerborstenen Salzschollen erstreckt sich hier so weit das Auge reicht. Hier scheint es nichts zu geben – wir kamen uns vor wie auf einem fremden, lebensfeindlichen Planeten. Nicht umsonst wird dieses Gebiet “Devil’s Golfcourse”, der Golfplatz des Teufels genannt.

Mitten im Death Valley: Devil's Golfcourse - Der Golfplatz des Teufels
Devil’s Golfcourse – Der Golfplatz des Teufels. 
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Die Geographie des Death-Valleys

Das Tal des Todes liegt im Westen Nordamerikas, an der Ostgrenze des Bundesstaates Kalifornien. In diesem Gebiet wird der nordamerikanische Kontinent in Folge der stetigen Erdplattenbewegungen seit vielen Millionen Jahren auseinander gezogen. In Folge dessen bekommt die Erdkruste hier an vielen Stellen lange Risse, wie eine spröde Oberfläche eines Kuchens, der beim Backen aufgeht. Einige der Krustenbruchstücke werden durch die Bewegung empor gehoben, andere sinken immer weiter ab. So ist ein gewaltiges System aus Bergketten (“ranges”) und Tälern (“basins”) entstanden, die allesamt grob in Nord-Süd-Richtung verlaufen und sich von der Pazifik-Küste bis nach Utah hinein erstrecken (im Englischen heisst diese Region “Basin-and-Range”).

Das Death Valley liegt mitten in der Basin-and-Range-Region und wird von zwei Gebirgszügen umschlossen: Der Panamint Range im Westen und der Amargosa Range im Osten. Die Entstehung des Tales und der Bergketten hat vor rund 13 Millionen Jahren begonnen. Seither hat es sich durch die Bewegung der Krusten-Bruchstücke in waagerechter Richtung besonders tief abgesenkt – so tief, dass es unweigerlich mit Meerwasser volllaufen würde, hielten die Berge im Westen den Pazifik nicht draussen.

Dabei bleibt es nicht aus, dass von Zeit zu Zeit Magma durch die Risse zwischen den Schollen an die Oberfläche dringt. So beweist der “Split Cinder Cone”, ein gerade einmal 300’000 Jahre alter Vulkankegel mitten im Death Valley, dass die Bewegung bis in die geologische Gegenwart andauert: Er liegt genau auf einem dieser Risse und wird seit seiner Entstehung mit den wandernden Schollen zur Hälfte in die eine, und zur anderen Hälfte in die entgegengesetzte Richtung verschoben.

Luftaufnahme des Split Cinder Cone
Luftaufnahme vom Split Cinder Cone: Der Erdboden verschiebt sich entlang der gestrichelten Verwerfungslinie und hat den Vulkankegel binnen 300’000 Jahren entzwei gerissen

Tiefer wird das Todestal dennoch nicht mehr, denn während es sich absenkt, tragen Wind und Wetter die umliegenden Berge ab und spülen den Abraum, Sand und Gesteinstrümmer, ins Tal hinab. So füllt es sich seit geraumer Zeit ebenso schnell mit den Sedimenten, wie es absinkt.

Dabei war das Death Valley längst nicht immer so trocken wie heute. Im Zuge der Eiszeiten in den letzten Zwei- bis Dreimillionen Jahren floss immer wieder Schmelzwasser von Gletschern in die abflusslosen Täler und sammelte sich in grossen Seen. Gänzlich unter Wasser stand das Tal des Todes zuletzt vor rund 20’000 bis 10’000 Jahren, als der gewaltige Lake Manley, 145 km lang, 16 km breit und bis 187 m tief, sich darin erstreckte. Dagegen war der Recent Lake mit seinen 10 Metern Tiefe, der erst vor wenigen Jahrtausenden austrocknete und die heutigen Salzpfannen hinterliess, ein kleiner Tümpel.


2. Besonders im Sommer: Extreme Temperaturen messen und erleben

Sobald wir am Boden des Death Valley das Auto verlassen haben, liessen uns unsere Körper umgehend und deutlich spüren, was Sache war: Hier ist es heiss, verdammt heiss. So heiss, dass man hier nicht verweilen kann. Einen derartigen Drang zurück in klimatisierte Umgebung habe ich vor dieser Tour noch nicht erlebt! Da kommt man erst gar nicht auf den Gedanken, sich unnötig weit vom Fahrzeug zu entfernen.

Welche Temperaturen tatsächlich vorherrschen, verrät ein Thermometer: Ich habe meinen batteriebetriebenen elektronischen Temperaturfühler im Hosentaschenformat zum Einsatz gebracht. Auf der Salzfläche des Badwater-Basins zeigte er am Mittag 42°C Lufttemperatur (an der Sonne, Schatten gibt es hier nicht). Rund 20 Meilen weiter nördlich am Zabriskie Point, einem ganz leicht erhöhten Aussichtspunkt hatte es am frühen Nachmittag 44,5°C in der Luft bei leichtem Wind. Wenige Millimeter in den Boden gebohrt zeigte das Thermometer sage und schreibe 55,2°C! Die Schuhe auszuziehen ist da nicht ratsam – man verbrennt sich nur die Füsse!

Thermometer an der Furnace Creek - Oase
Thermometer an der Furnace Creek-Oase am 29.7.2014 gegen 16 Uhr: 119°F entsprechen rund 48°C. Die höchste Temperatur auf der Erde wurde vor rund 100 Jahren hier gemessen. Die niedrigste Temperatur (im Winter wrd es hier knackig kalt!) und den meisten Niederschlag bis dahin lieferte das Jahr 1913 gleich mit!
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Wer kein eigenes Thermometer dabei hat, findet an der Furnace Creek Ranch, einer ausgebauten Oase mitten im Tal, eine Info-Tafel mit einer grossen Temperaturanzeige auf der Fahrenheit-Skala. Wir kamen am späten Nachmittag dort an und konnten umgerechnet 48°C ablesen. Das sind rund 11°C mehr als die übliche Temperatur im Inneren eines menschlichen Körpers! Da läuft Mensch unweigerlich ganz schnell heiss. So waren wir dankbar, nach ein- bis zweihundert Metern Fussweg auf dem Gelände ein klimatisiertes kleines Museum vorzufinden, in dem wir vor dem Rückweg zum Auto eine Abkühlungspause einlegen konnten.

Wetterextreme im Death-Valley und ihre Entstehung

Seine aussergewöhnliche Lage beschert dem Tal des Todes extreme Wetterbedingungen: Es gehört zu den trockensten und heissesten Gegenden der Welt! Warum ist das so?

Der Westen Nordamerikas wird mit Feuchtigkeit aus dem Pazifischen Ozean versorgt. Meerwasser verdunstet, und der entstehende Dampf wird von Luftströmungen landeinwärts getrieben. Stehen solch feuchten Luftströmungen Bergketten im Weg, verdichtet sich der Wasserdampf zu Wolken, die schliesslich an den Berghängen abregnen. In Folge dessen sind die Berge nahe der Westküste von fantastischen Regenwäldern und gewaltigen Baumriesen bedeckt, wie man sie im Sequoia National Park in der Sierra Nevada bewundern kann, bedeckt.

Das Problem dabei: Um das Death Valley zu erreichen, müssen die Wolken aus dem Pazifik ganze fünf Bergrücken überwinden – und damit unweigerlich fünfmal regnen. Und nach fünfmal Regnen bleibt von der ursprünglichen Feuchtigkeit praktisch nichts mehr übrig. Alles, was im Tal des Todes ankommt, ist in der Regel trockener Wind. Und selbst der macht sich im Sommer rar, sodass sich in dem engen, kargen Tal die Hitze staut. So fallen dort im Laufe eines ganzen Jahres gerade einmal 5 Zentimeter Niederschlag pro Quadratmeter.

Einzig wenn “El Niño” mit seinen sintflutartigen Regenfällen alle paar Jahre die Westküsten Nord- und Südamerikas heimsucht, kommt auch im Death Valley wirklich Regen an. Das geschah zuletzt im Oktober 2015, als regelrechte Unwetter über dem Nationalpark niedergingen und ihm den nassesten Oktober aller Zeiten bescherten. Das bedeutet, dass im Norden des Parks binnen 5 Stunden etwa 7,5 Zentimeter Regen und Hagel niedergingen, wo sonst im Jahr gerade einmal 10 Zentimeter zusammen kommen. Die Folgen davon sind regelrechte Sturzfluten, die die an Trockenheit gewöhnte Landschaft stark verändern und an Gebäuden und Strassen erhebliche Schäden verursachen können. Selbst am Furnace Creek mitten auf dem trockenen Talgrund sind während der gesamten Unwetterperiode rund 3,5 Zentimeter Niederschlag gefallen.

Und wie reagiert die Natur darauf?

Die Wassermassen, die während eines solchen Wetterereignisses den Boden durchtränken, wecken zahllose im Wüstensand verborgene Samen aus langem Schlaf. So wird das Tal des Todes während der milden Wintermonate von einem farbenprächtigen Blumenmeer erfüllt. Für wenige Wochen herrscht das volle Leben, bis die zurückkehrende Hitze das Grün verdorren lässt. Doch bis dahin haben die Pflanzen neue Samen gebildet, welche im Wüstensand schlummernd auf den nächsten Besuch von “El Niño” warten.


3. Bunte Farben und Muster in Gesteinsformationen entdecken

Die Beschreibung einer leblosen Wüste mag die Vorstellung einer leeren, langweiligen Landschaft wecken. Doch tatsächlich ist diese Landschaft nicht reizlos und öde, sondern farbenfroh und von bizarren Mustern und Strukturen erfüllt. Denn im Death Valley gibt es eine Vielzahl von Mineralien und Erzen, die, einmal Wind und Wetter ausgesetzt, die verschiedensten Farben annehmen.

Im Sommer lässt sich dieses Farbenspiels am einfachsten entlang des “Artist’s Drive” bewundern. Diese asphaltierte Seitenstrasse zweigt nördlich von des Teufels Golfplatz von der Badwater Road ab zu einem Rundkurs durch eine Hügelllandschaft, die zu Recht “Artist’s Palette” genannt wird. Denn hier sind Gesteinsschichten von weiss, gelb, braun, bis hin zu rot und grün offen sichtbar, dicht an dicht zusammengefügt wie auf der Farbpalette eines Malers. Und das Ganze kann bequem aus dem klimatisierten Auto heraus erkundet werden!

Artists Palette: Bunte Farbenpracht im Death Valley dank Eisen und Co.
Farbenpracht der “Artists Palette”: Farbenfrohe Metall-Verbindungen, hauptsächlich des Eisens, sorgen hier für bunte Vielfalt.
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Die Route ist eine Einbahnstrasse und recht kurvig. Deshalb darf sie nur mit Fahrzeugen mit einer Gesamtlänge bis 7,7 Meter (25 Fuss) befahren werden. Wer mit einem grösseren Camper unterwegs ist, kann jedoch einen Halt am Zabriskie Point einlegen und dort nach wenigen Schritten zu Fuss den Ausblick über die herrlich bizarren erodierten Hügel aus farbenfrohen Ablagerungen vom Grund eines der einstigen Seen im Tal geniessen.

Zabriskie Point: Bizarre Hügellandschaft durch Erosion
Erodierte Hügel am Zabriskie Point: Dieser Aussichtspunkt ist nach ein paar Schritten hügelaufwärts vom grossen Parkplatz zu erreichen. 
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Darüber hinaus gibt es rund um das Tal verschiedene Wanderwege, die zur Erkundung der Gesteine des Todestals einladen. Im Sommer solltest du jedoch allerhöchstens in den Höhenlagen der umliegenden Berge längere Spaziergänge oder Wanderungen unternehmen – am Talgrund ist es dazu einfach zu heiss und gefährlich!

Mineralien im Death Valley

Die weissen bis grauen Salzablagerungen im Badwater Basin bestehen grossteils aus Natriumchlorid (NaCl), dem Stein- oder Kochsalz, mit welchem wir auch unser Essen würzen. Daneben findet man jedoch eine ganze Reihe weiterer löslicher oder weniger löslicher Salze der Alkali- und Erdalkalimetalle (der Metalle in den ersten beiden Spalten des Periodensystems). Dazu zählen zum Beispiel Sylvin (Kaliumchlorid, KCl), Calcit (Calciumcarbonat, “Kalk”, CaCO3 ) und Gips (Calciumsulfat, CaSO4 * 2H2O ).

Weltweit selten ist Borax (Na[B2O5(OH)4)] * 8H2O ). Dieses Mineral enthält das seinerseits auf der Erde seltene Element Bor, das unter anderem für die Herstellung von Glas, Porzellan und Holzschutzmitteln verwendet wird. Damit war das Borax Ende des 19. Jahrhunderts so begehrt, dass es sogar mitten im Tal des Todes, unweit von Furnace Creek, abgebaut und in grossen Wagen in weit entfernte Fabriken abtransportiert wurde. Nahe der Hauptstrasse nördlich von Furnace Creek kann die Geschichte der “Harmony Borax Works” auf einem kurzen beschilderten Rundweg – auch im Sommer – nachvollzogen werden. Vergiss nicht, Sonnenhut und Getränkevorrat mitzunehmen!

Für den Farbenreichtum der Gesteine sind all diese Verbindungen jedoch nicht verantwortlich – sie sind weitestgehend farblos. Bunt wird es hingegen, wenn die Metalle in der Mitte des Periodensystems – die sogenannten Übergangsmetalle – ins Spiel kommen, denn sie bilden Salze in vielen verschiedenen Farben. Rote und auch gelbe Gesteine enthalten zum Beispiel Eisenoxide (“Rost“). Das grüne Mineral Chlorit, das die grünen Farbkleckse zur “Artist’s Palette” beisteuert, enthält neben Eisen unter anderem Zink und zuweilen etwas Mangan und Nickel.

Zudem gibt es rund um das Death Valley wie vielerorts in Kalifornien Gold- und Silbervorkommen. Auch diese beiden Edelmetalle gehören zu den wenigen Rohstoffen, die genügend Begehrlichkeiten geweckt haben, um in dieser unwirtlichen Gegend ernsthaft danach zu schürfen.


4. In den Mesquite Flat Sand Dunes Magnetit-Sand aufspüren

Die Mesquite Flat Sand Dunes in unmittelbarer Nachbarschaft von Stovepipe Wells sind nicht nur eine atemberaubende Dünenlandschaft inmitten der steinigen Ödnis des Death Valley. Sie bergen ein kleines Geheimnis, welchem man mit einem einfachen Hilfsmittel auf den Grund gehen kann. Einige der Sandkörner in den Dünen bestehen nämlich aus Magnetit. Dieses Mineral, ein Eisenerz, hat seinen Namen daher, dass es ebenso von Magneten angezogen wird wie metallisches Eisen!

In den Sanddünen der Mesquite Flat kannst du die Magnetit-Sandkörner deshalb ganz einfach aufspüren: Fahre mit einem Magneten langsam mit wenigen Millimetern Abstand über den Sand. Die schwarzen Magnetit-Körner werden vom Magneten angezogen und bleiben daran haften.

Einfacher Kühlschrankmagnet mit Magnetit-Körnern
Über den Sand geführt: Einfacher Kühlschrankmagnet mit Magnetit-Körnern

Weil der Boden – auch der Sand – im Death Valley an sonnigen Sommertagen sehr heiss werden kann, empfehle ich, dieses kleine Experiment mit einem Abend- oder Morgenspaziergang zu verbinden, zum Beispiel von einem Nachtquartier in Stovepipe Wells aus.

Warum ist Magnetit magnetisch?

Das Mineral Magnetit ist ein Eisenoxid, welches zwei verschiedene Sorten Eisen-Ionen enthält. Seine chemische Formel lautet Fe3O4 , wobei zwei der drei Eisen-Ionen Fe3+-Ionen sind und das dritte Eisen-Ion ein Fe2+-Ion. Zusammen bringen diese Ionen also acht positive Ladungen mit, die durch vier Oxid-Anionen (O2-) mit jeweils zwei negativen Ladungen aufgewogen werden.

Eisen-Atome bzw. -Ionen sind dafür bekannt, dass sie magnetische Eigenschaften haben und sich wie winzige Kompass-Nadeln in Magnetfeldern ausrichten können. Das führt dazu, dass metallisches Eisen, in welchem sich diese “Elementarmagnete” fein säuberlich in der gleichen Orientierung (parallel) anordnen können, von einem Magneten angezogen wird. Diese Eigenschaft, die für Eisen so charakteristisch ist, wird nach eben diesem Element (lat. ferrum) “Ferromagnetismus” genannt.

Ähnlich ergeht es dem Magnetit: Die Mischung verschiedener Eisen-Ionen beschert diesem Mineral nämlich ein ganz besonderes Kristallgitter. Darin gibt es verschieden starke Elementarmagnete, die sich ebenfalls parallel anordnen lassen, allerdings in entgegengesetzter Orientierung (man nennt das “antiparallel”). Entgegengesetzt orientierte Elementarmagnete heben ihre Wirkung gegenseitig auf – da sie unterschiedlich stark sind, aber nicht vollständig. Deshalb wird auch Magnetit von Magneten angezogen (oder zieht sie seinerseits an) und kann – wie Eisen – so magnetisiert werden, dass es ein eigenes Magnetfeld erzeugt! Dieser Magnetismus ist jedoch schwächer als der von “echten” Ferromagneten, weshalb dafür ein neuer Name erfunden wurde: “Ferrimagnetismus”.

Eine ausführliche Erklärung zu den geheimnisvollen Magnet-Kräften findest du in dieser Geschichte rund um den Magnetismus!


5. Im Tal übernachten und die Sterne und mit etwas Glück(?) Tiere beobachten

Richtig, man kann im Death Valley übernachten. Es gibt am Grund des Tales mehrere Campingplätze – im Sommer auch nachts ein heisses Vergnügen – und zwei feste Unterkünfte mit klimatisierten Zimmern: Furnace Creek und das Stovepipe Wells Village. Wir haben während unseres Trips in Stovepipe Wells Quartier bezogen (vorab reservieren!) und waren heilfroh um unser kleines Motel-Zimmer mit Dusche und Klimaanlage.

Stovepipe Wells ist ein kleines Motel mit Restaurant und angeschlossenem Campingplatz mitten in der Wüste, sodass es mehr noch als Furnace Creek eine fantastische Gelegenheit für einen Blick nach oben bietet. Mitten im Todestal gibt es nämlich keinerlei störendes Licht von menschlichen Errungenschaften auf der Erde, sodass sich schon wenige Schritte abseits der Häuser ein vollkommen ungetrübter Blick in den Nachthimmel geniessen lässt. Und dieser Nachthimmel ist wahrhaft atemberaubend!

Sonnenuntergang über den Mesquite Flat Sand Dunes
Ein Fest für die Sinne schon vor dem eigentlichen Nachthimmel: Sonnenuntergang über den Mesquite Flat Sand Dunes. 
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Anders als in besiedelten Gebieten unseres Planeten oder gar Städten zieren hier nämlich abertausende Sterne den Himmel. So ist die Kante der Milchstrasse leicht mit blossem Auge zu beobachten, und wer nach fernen Galaxien und anderen Weltraumnebeln sucht, hat hier die besten Aussichten. Im Hochsommer, insbesondere Ende Juli und Mitte August, können zudem vermehrt Sternschnuppen beobachtet werden, da unser Planet sich in dieser Zeit durch zwei Meteorschauer bewegt.

Eine Sternkarte kann dabei helfen, sich in dem leuchtenden Überfluss am Himmel zurecht zu finden, und mit einem Teleskop kannst du Nebel und Planeten beobachten. Um die Sternkarte im Dunkeln zu lesen, verwende eine Taschenlampe, deren Leuchte mit einer roten Folie oder ähnlichem gedämpft wird, damit deine Augen an die Dunkelheit gewöhnt bleiben!

Die Informationszeitung des Nationalpark-Service gibt Auskunft über die Mondphasen (bei und um Neumond ist die Sicht mangels störendem Mondlicht am besten) und sichtbare Planeten und andere Himmelsereignisse.

Achtung vor Tieren!

Nicht nur wir Menschen empfinden die das Tal des Todes bei Nacht als erträglicher. Auch mag man des Nachts vermehrt Tieren begegnen, die sich oft erst bei oder nach Sonnenuntergang aus ihren kühlen Verstecken wagen. Die meisten sind harmlos, doch gibt es Klapperschlangen, Skorpione und schwarze Witwen (Spinnen), die giftig sind. Trage also auch und vor allem nachts Hosen und Schuhe und tritt oder greife nirgendwo hin, ohne vorher hinzusehen (das gilt auch bei Tag und in der Dämmerung)!

Ich bin zum Sterne schauen ein paar Schritte die Strasse aus Stovepipe Wells hinausgegangen und bin direkt abseits des Strassenrandes auf ebener Erde stehen geblieben, um nach oben zu sehen. Ein Liegestuhl hätte hier eine bequemere Haltung ermöglicht. Auf den Boden legen wollte ich mich nämlich dessen tierischer Bewohner wegen nicht. So bin ich ausser einigen farblosen nachtaktiven Libellen, die vom Licht im Dorf angezogen wurden, keinen Tieren begegnet.

Fazit

Auch wenn die extremen Temperaturen eine besondere Herausforderung darstellen, ist das Death Valley auch im Sommer eine Reise wert. Erwachsene mit gesundem Kreislauf und ältere Kinder (kleinere Kinder sind nahe dem Boden nur noch mehr der Hitze ausgesetzt – mit ihnen bereist du das Death Valley besser im Frühjahr) können dabei viel Spannendes entdecken und bestaunen. Wer schon immer einmal einen lebensfeindlichen fremden Planeten erkunden will, kann genau das hier auf der Erde ausprobieren! Mehr Informationen und aktuelle Hinweise findest du auf der Death-Valley-Website des Nationalpark-Service.

Und hast du dich auch schonmal in das Tal des Todes gewagt?

Magnete – wer kennt sie nicht. Harte, dunkle Gegenstände, scheinbar weder ganz Stein noch ganz Metall, von welchen geheimnisvolle Kräfte ausgehen. Schon in meiner frühen Kindheit waren sie nicht aus dem Spielzimmer weg zu denken – hielten sie doch die Waggons meiner Holzeisenbahn zusammen, und ermöglichten einem Kleinkind dennoch, den Zug nach Belieben wieder auseinander zu nehmen.

Noch spannender fand ich dereinst jedoch, die Waggons mit den “falschen” Enden zueinander auf die Gleise zu stellen und einen auf den anderen zuzuschieben, sodass der zweite Waggon wie von Geisterhand vor dem ersten zurückwich…

In der Welt der Grossen sind hingegen Kühlschrankmagnete nicht wegzudenken, oder ebensolche im Büro oder der Schule am Whiteboard. Oder als praktische Scheibenwischer in einer gläsernen Hermetosphäre. Oder…Verwendung für Magnete gibt es in zahllosen Varianten. Und wer zwei davon aufeinander zu bewegt, kann die geheimnisvolle Abstossung spüren, die ich schon als Kind an der Holzeisenbahn beobachten konnte.

Seit meiner Kinderzeit hat sich überdies die Erscheinung mancher Magnete geändert. Sie scheinen kleiner geworden zu sein – und ihre Kräfte gleichzeitig stärker, und häufig schimmern sie metallisch silbern. “Supermagnete” werden diese Kraftpakete oft genannt, und aus seltenen Erden sollen sie bestehen.

Doch wie und wo entstehen die mysteriösen Kräfte der Magnete eigentlich? Was ist “Magnetismus”? Was hat Magnetismus mit Strom zu tun? Welche Stoffe sind magnetisch? Warum sind Supermagnete so stark? Und wie kann ein Supraleiter über einem Magneten schweben?

 

Was hinter den Kräften steckt

Hast du zwei Magnete zur Hand? Oder einen Magnet und ein Stück Eisen? Wenn du beide langsam aufeinander zu bewegst, wirst du schnell feststellen, dass die geheimnisvollen Magnet-Kräfte umso stärker werden, je näher das eine dem anderen kommt. Irgendetwas ist also im Raum um den Magnet herum, das ein Stück Eisen zu ihm hin zieht – und zwar immer schneller, je näher es dem Magnet kommt. Die Physiker nennen dieses Etwas Magnetfeld.

Was ist ein Magnetfeld?

Ein “Feld” nennen die Physiker die räumliche Verteilung einer physikalischen Grösse. Das heisst, diese Grösse hat an jedem Punkt in einem Raum einen bestimmten Wert – das Feld ist die Gesamtheit dieser Werte. Würde man draussen, wenn es kalt ist, ein Lagerfeuer entzünden und an jedem Punkt in der Umgebung die Temperatur messen, könnte man die gesammelten Werte zu einem Temperaturfeld zusammenfassen und seine “Gestalt” beschreiben: Je näher ein Punkt im Temperaturfeld am Feuer liegt, desto höher wird die Temperatur sein.

Neben solch einfachen Grössen wie der Temperatur (Mathematiker nennen solche Grössen “skalar”) gibt es andere physikalische Grössen, die neben ihrem Wert auch eine Richtung haben (solch eine Grösse nennen die Mathematiker “Vektor”): Die Schwerkraft bewegt Gegenstände überall auf und über der Erde nach “unten”, das heisst in Richtung Erdmittelpunkt, ein Zug fährt mit einer bestimmten Geschwindigkeit geradeaus (während die Geschwindigkeit des gleichschnellen Gegenzugs wohl den gleichen Wert hat, aber die entgegengesetzte Richtung).

Auch die geheimnisvolle Kraft im Magnetfeld hat an jedem Punkt eine Richtung. Um die Verteilung der Richtungen im Raum darzustellen zeichnet man Linien, die den  Verlauf der Richtungen andeuten: Ein magnetischer Gegenstand ( auf welchen die “Magnetkraft” wirkt), wird im Magnetfeld entlang dieser “Feldlinien” bewegt.

Ein Magnetfeld ist also die Gesamtheit aller Werte und Richtungen für die “Magnetkraft” in der Umgebung eines Magneten. Zumindest für die Mathematiker. Für die Physiker ist ein Magnetfeld jedoch mehr als eine Sammlung von Zahlen: Es ist wirklich da – ein existierendes physikalisches Etwas, dem Energie innewohnt und das sich mit Hilfe von Gleichungen beschreiben lässt (Felder im Allgemeinen sind tatsächlich “nur” Zahlensammlungen – reale Felder wie das Magnetfeld sind unter diesen etwas Besonderes).

Die Gleichungen für Magnetfelder hat der Physiker James Clerk Maxwell aufgestellt – deshalb werden sie nach ihm “Maxwell-Gleichungen” genannt. In Worten sagen sie in etwa Folgendes über Magnetfelder aus:

  1. Ein Magnetfeld hat weder Ursprung noch Ende – es ist quellenfrei. Die “Pole” eines Magneten markieren also nur die Orientierung des Magnetfelds – welches sich folglich auch im Magneten selbst erstreckt. Dementsprechend sind auch die Magnetfeldlinien ohne Anfang und Ende – sie sind in sich geschlossen, wie eine Rundstrecke beim Autorennen.
  2. Verändert sich ein Magnetfeld mit der Zeit, entsteht dadurch ein elektrisches Feld mit in sich geschlossenen Linien. Magnetismus ist also stets eng verbunden mit der Elektrizität – und umgekehrt.
  3. Denn eine weitere Gleichung sagt aus, dass elektrische Ströme bzw. die Veränderung eines elektrischen Feldes stets ein Magnetfeld erzeugen.
  4. So wird die Maxwell-Sammlung denn auch durch eine vierte Gleichung zu elektrischen Feldern (welche damit auch “real” sind) vervollständigt: Ein elektrisches Feld kann einen Ursprung haben: Es geht von einer elektrischen Ladung aus. Die Feldlinien verlaufen dann von dieser Ladung fort. Das heisst, es gibt elektrische Felder mit nur einem Pol (der entweder positiv oder negativ ist), während Magnetfelder zwecks Darstellung ihrer Orientierung stets zwei Pole haben!
Magnetfeldlinien1

Eisenfeilspäne richten sich entlang von Magnetfeldlinien zwischen Nord- und Südpol eines Magneten aus und machen das Feld auf diese Weise “sichtbar”.(von Berndt Meyer [GFDL oder CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons)

 

Als Pole eines Gegenstands, welcher ein Magnetfeld erzeugt, werden somit die Bereiche bezeichnet, in welchen die Magnetfeldlinien aus dem Gegenstand aus- bzw. wieder in ihn eintreten. Dabei hat man sich darauf geeinigt, dass die Seite, an welcher die Feldlinien austreten, sich im Magnetfeld der Erde nach Norden ausrichtet – und dementsprechend Nordpol heisst (der Nordpol der Erde ist also ein magnetischer Südpol, denn entgegengesetzte Pole ziehen sich an). Dort, wo die Feldlinien in den Magneten eintreten, ist dementsprechend der Südpol des Magneten.

Ein Magnetfeld ist also die räumliche Verteilung einer Kraft, die auf magnetische und magnetisierbare Materie und elektrische Ladungen wirkt: An jedem Punkt im Magnetfeld hat die Kraft einen bestimmten Wert (eine “Feldstärke”) und eine bestimmte Richtung.

 

Woher kommt die Magnetkraft?

Mit unseren Augen in unserer Welt betrachtet erscheinen die Magnetkräfte mystisch – ganz wie die elektrischen Kräfte, die beispielsweise einen Luftballon an der Wand festhalten, nachdem man ihn am Wollpullover gerieben hat. Und ganz wie die elektrische (Elementar-)Ladung ist auch der Magnetismus eine Eigenschaft der kleinsten Teilchen:

Jedes Proton, Neutron und Elektron ist ein winzig kleiner, unvorstellbar schwacher Magnet (diese Eigenschaft eines Teilchen wird auch magnetisches Moment oder kurz “Spin” genannt)! Und diese winzigen Magnete lassen sich zu grösseren Magneten zusammensetzen, wobei ihre Magnetkräfte sich addieren: Die Protonen und Neutronen, die einen Atomkern bilden, machen den Kern zu einem etwas grösseren Magneten. Die Elektronen der Atomhülle jedoch steuern den Löwenanteil zum Magneten vom Ausmass eines ganzen Atoms bei. Atome verbinden sich zu Molekülen oder Kristallen – und Atom-Magnete vereinen sich Stoffen, die wir sehen und anfassen und deren Magnetkräfte wir wahrnehmen können.

 

Warum sind dann nicht alle Stoffe magnetisch?

Jeder der kleinen Elementarteilchen-Magnete (oder kurz: Elementarmagnete) erzeugt sein eigenes winziges Magnetfeld. Und das hat, wie oben beschrieben, eine bestimmte Orientierung. Das heisst, der Nordpol des kleinen Magnetfelds weist in eine bestimmte Richtung, der Südpol in die Gegenrichtung. Und wenn man Richtungen addiert, kommt nicht immer das raus, was man von der Addition von blossen Zahlen gewohnt ist.

Addition von Vektoren: Die Länge der Pfeile stellt den Wert der Grössen a und b dar, die Pfeilrichtung die zur Grösse gehörende Richtung. Solche Vektoren werden addiert, indem man die Pfeile Schaft an Spitze aneinanderreiht. Unterscheiden sich die Richtungen der Summanden dabei sehr, ist der Wert der Summe (die Länge des schwarzen Pfeils) mitunter kleiner als die Werte der Summanden.

 

Wenn man Grössen mit gar zu unterschiedlichen Richtungen addiert, ist das Ergebnis mitunter kleiner als die Summanden! Und wenn man nur genug Summanden mit unterschiedlichen Richtungen addiert, ist das Ergebnis schliesslich praktisch null.

Die Elementarmagnete in einem Stoff können ihre Orientierung frei wählen – so wie eine Kompassnadel sich frei um ihre Mittelachse drehen kann. So orientiert sich jeder Elementarmagnet in einem Stoff wie er gerade will – und wenn genug Elementarmagnete zusammenkommen, wird die Summe ihrer Orientierungen praktisch null: Es entsteht kein wahrnehmbares, “grosses” Magnetfeld.

Erst wenn Elementarmagnete in ein bereits bestehendes Magnetfeld geraten, zeigen sich Unterschiede zwischen den magnetischen Eigenschaften der Stoffe. Magnetismus ist also nicht gleich Magnetismus. Stattdessen gibt es:

Diamagnetismus

Sobald Elementarmagnete in ein “fremdes” Magnetfeld geraten, richten sie sich entlang der Feldlinien aus, wie Kompassnadeln im Erdmagnetfeld. Und sobald Ordnung herrscht, wird die Summe der kleinen Magnetfelder zu einem spürbar Grossen – allerdings dem “fremden” Magnetfeld entgegen gerichtet. Die Magnetkraft, die der Stoff erst im “fremden” Magnetfeld erhalten hat, hebt die Wirkung ebendieses fremden Magnetfeldes folglich (teilweise) auf.

Da Magnetfeldlinien jedoch nicht einfach unterbrochen werden dürfen, lässt sich dies darstellen, indem man die Feldlinien um den Stoff im Magnetfeld herum führt, als würde der Stoff die Linien verdrängen. Tatsächlich werden solche diamagnetischen Stoffe aus einem Magnetfeld hinausgedrängt wie ein Schwimmer aus dem Wasser!

Diamagnet: Neodym- magnete halten Graphit-Plättchen in der Schwebe

Kohlenstoff ist diamagnetisch: Ein Graphit-Plättchen schwebt im gemeinsamen Magnetfeld von vier vergoldeten Neodym-Magneten

Da die Elektronen unter den Elementarteilchen den Löwenanteil an den magnetischen Eigenschaften eines Stoffes haben, sind für dieses Verhalten im Magnetfeld nur Elektronen nötig – und die gibt es in jedem Atom. Daher ist jeder Stoff, der aus Atomen besteht, ein Diamagnet. Bemerkbar macht sich der Diamagnetismus allerdings nur, wenn der Stoff keine weitere, stärkere magnetische Eigenschaft hat- zum Beispiel bei Wasser oder bei Kohlenstoff.

Die Tatsache, dass damit zwei der wichtigsten Bestandteile von Mensch und Tier diamagnetisch sind, hat die Fantasie einiger Wissenschaftler angeregt: Was wäre, wenn wir dank unseres Diamagnetismus’ auf Magnetfeldern durch die Luft schweben könnten? Einem Frosch ist ebendies dank eines richtig starken Magnetfelds bereits gelungen (wenn auch mit Sicherheit nicht freiwillig):

Dem Frosch ist dabei übrigens nichts passiert. Magnetfelder sind sowohl für Frösche als auch für Menschen nicht direkt spürbar. Ein ausreichend starker Magnet, dessen Feld einen ganzen Menschen in die Luft drängen kann, muss jedoch erst noch gebaut werden.

Paramagnetismus

Während alle Atome Elektronen haben, haben nicht alle Atome automatisch ein magnetisches Moment. Denn zu einem solchen kommen sie nur, wenn sich die Orientierungen der magnetischen Momente ihrer Bestandteile – insbesondere der Elektronen – nicht gegenseitig aufheben.

Wenn Atomen ein eigenes magnetisches Moment gegeben ist, richten sie sich in einem “fremden” Magnetfeld geordnet aus wie alle anderen Elementarmagnete auch – allerdings verläuft das Magnetfeld, das sie so gemeinsam bilden, parallel, also ebenso orientiert wie das “fremde” Magnetfeld. Die Folge davon: Innerhalb eines paramagnetischen Stoffes im Magnetfeld verlaufen mehr Feldlinien in die gleiche Richtung als ausserhalb – und der Paramagnet wird in das Magnetfeld hineingezogen, wenn auch nicht sehr stark.

Zudem gilt, ebenso wie für Diamagneten: Sobald das “fremde” Magnetfeld verschwindet, gewinnt die Wärme, die ständig alle Atome bewegt, die Oberhand und schüttelt die Elementarmagnete in die Unordnung zurück.

Zu den paramagnetischen Stoffen zählen jene Elemente, deren Atome ungepaarte Elektronen, das heisst solche ohne Gegenstück in Sachen Orientierung, enthalten: zum Beispiel die Alkali- und Erdalkalimetalle und die seltenen Erden. Unter den Molekülen sind dementsprechend Radikale (die mindestens ein ungepaartes Elektron besitzen) paramagnetisch – so zum Beispiel Sauerstoff oder Stickstoffdioxid.

Sauerstoff

Bekannt ist die linke Darstellung des Sauerstoffmoleküls. Dass Sauerstoff paramagnetisch ist, lässt jedoch darauf schliessen, dass auch die rechte Darstellung mit zwei ungepaarten Elektronen der Wahrheit nahekommt.

Ferromagnetismus

Die Stoffe, die wir im Allgemeinen als “magnetisch” kennen und aus welchen wir unsere Dauermagnete herstellen, verhalten sich im Prinzip wie Paramagnete. Allerdings ist der Ordnungs-“Sinn” ihrer Elementarmagnete ungleich stärker, sodass Magnetfelder einen ungleich stärkeren Einfluss auf sie haben als auf Paramagnete.

Der bekannteste ferromagnetische Stoff ist Eisen (lateinisch Ferrum) – daher der Name für diese Art von Magnetismus. Ein Ferromagnet verstärkt nicht nur ein “fremdes” Magnetfeld ungemein. Seine Elementarmagnete können ihre Ordnung zudem auch nach dem Verschwinden des ordnenden Magnetfeldes beibehalten, sodass “ihr” Stoff dauerhaft ein Magnetfeld erzeugt!

Der verstärkte Ordnungssinn eines Ferromagneten rührt daher, dass die Elementarmagnete darin in besonders enger Beziehung zueinander stehen, welche ihnen eine besondere Austauschwechselwirkung ermöglicht. Diese Wechselwirkung beruht auf dem Pauli-Prinzip, das manch einer vielleicht aus der Schule kennt:

Zwei Elektronen mit vollkommen gleichen Eigenschaften dürfen nicht am gleichen Ort sein (deshalb haben zwei Elektronen, die sich ein Orbital im Atom teilen, stets entgegengesetzte Spins). Tatsächlich geht das Pauli-Prinzip aber noch weiter: Elektronen müssen sich stets in einer oder drei Eigenschaften unterscheiden, während zwei Unterschiede nicht erlaubt sind.

Werden also Elementarmagnete in enger Beziehung in einem Magnetfeld ausgerichtet, sodass ihre Orientierungen sich gleichen, unterscheiden sie sich nur noch in ihrem Ort. In Folge dessen ist ein zweiter Unterschied, zum Beispiel durch eine veränderte Orientierung, ohne das automatische Auftreten eines dritten Unterschiedes nicht mehr erlaubt. Ein Elementarmagnet im ausgerichteten Ferromagneten kann sich also nicht einfach so wieder umdrehen – auch dann nicht, wenn das ausrichtende fremde Magnetfeld längst wieder verschwunden ist.

Erst wenn die Wärmebewegung im Ferromagneten überhand nimmt, kann sie die Elementarmagnete aus ihrer “militärischen” Starre reissen. Deshalb verlieren Dauermagnete bei hohen Temperaturen ihre Magnetkraft – die “Curie-Temperatur” eines dauerhaft magnetischen Stoffs verrät, wann das der Fall ist (alternativ kann auch ein heftiger Schlag gegen den Magneten oder ein starkes, störendes Magnetfeld für entsprechende Unordnung sorgen).

Neben Eisen sind einzig die Elemente Cobalt und Nickel ferromagnetisch. Die Dauermagnete unseres Alltags bestehen zudem aus Legierungen, also Metallgemischen, die erst durch die Mischung ferromagnetisch werden.

Antiferromagnetismus

In manchen eigentlich ferromagnetischen Stoffen sind die Elementarmagnete in verschiedene Gruppen bzw. “Gitter” eingeteilt, von welchen die eine Hälfte sich im Magnetfeld dank der Austauschwechselwirkung stabil in die eine Richtung ausrichtet, die andere Hälfte jedoch in die entgegengesetzte Richtung. Folglich erhält man, wenn man die Magnetkraft aller Elementarmagnete addiert, überhaupt keine Magnetkraft für einen solchen Stoff, und somit auch keine Wechselwirkung mit dem “fremden” Magnetfeld. Zu diesen Antiferromagneten gehören unter anderem die Elemente Chrom und Mangan und das Mineral Hämatit.

Ferrimagnetismus

Verhalten sich die Elementarmagnete eines Stoffes im Grunde genommen wie die eines Antiferromagneten, während die Stärke ihrer Magnetfelder unterschiedlich ist, bleibt trotz entgegengesetzter Ausrichtung der verschiedenen Gitter ein Magnetfeld erhalten. Ein Ferrimagnet verhält sich also wie ein schwacher Ferromagnet – und tatsächlich gehören die ersten von Menschen entdeckten Dauermagnete in diese Gruppe:

Der Begriff “Magnet” kommt nämlich vom griechischen “lithos magnes”, also “Stein aus Magnesia”, was sich auf die gleichnamige Region in Thessalien oder auch den Ort Magnesia am Mäander in der heutigen Türkei bezieht, welchen die “Magneten” (nicht die Steine, sondern das Volk aus Thessalien!) gegründet haben sollen. Der ferrimagnetische Stein, welcher dort gefunden wurde, ist heute als das Mineral Magnetit, oder auch Magneteisenstein, bekannt. Es handelt sich dabei um das  Eisenoxid Fe3O4 bzw. Fe(II)Fe(III)2O4, welches sowohl Fe2+– als auch Fe3+-Ionen enthält. Auch einige ähnliche Verbindungen, in welchen das Fe2+-Ion durch andere Metallionen ersetzt ist, sind ferrimagnetisch, und werden als Gruppe der “Ferrite” zusammengefasst.

Magnetit - Kristalle: Magnete aus der Natur

Magnetit (silbergraue Oktaeder) in Chalkopyrit (goldfarben) aus Aggeneys, Südafrika – ein ferrimagnetisches Mineral (by Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons)

Wie man einen Magneten herstellt

Wenn du einen Dauermagneten zur Hand hast, kannst du eine Eisennadel ganz einfach magnetisieren: Streiche dazu rund 50 mal mit dem Dauermagneten über die Eisennadel – immer in die gleiche Richtung! Auf diese Weise werden die Elementarmagnete in der Nadel nach und nach in die gleiche Orientierung “gebürstet”. Wenn du die Nadel schliesslich mit Hilfe eines Stücks Kork auf Wasser zum Schwimmen bringst, wird sie sich nach dem Erdmagnetfeld ausrichten.

Für die industrielle Herstellung von Magneten wäre es jedoch viel zu mühsam, jeden Magneten einzeln magnetisch zu bürsten. Deshalb verwenden die Hersteller von Dauermagneten ferro- oder ferrimagnetisches Pulver, welches sie innerhalb eines starken Magnetfeldes zusammenpressen. Für die schwarzgrauen, steinartigen Küchenmagnete werden dabei pulverisierte Ferrite eingesetzt. Da jedes Pulverkorn dabei einen Elementarmagnet darstellt (nicht so klein wie die “echten” Elementarteilchen, aber klein genug), richten sich die Pulverkörner in diesem Magnetfeld ordentlich aus, ehe sie richtig zusammenpappen. Anschliessend werden die Pulverkörner bei sehr hohen Temperaturen zusammen geschmolzen (gesintert)…

Richtig! Dabei geht die Magnetkraft der einzelnen Körner und damit des ganzen Magneten aufgrund der heftigen Wärmebewegung der wirklichen Elementarmagnete wieder verloren! Allerdings bleibt die Orientierung der Körner selbst erhalten, sodass die Ordnung der Elementarmagnete nach dem Abkühlen in einem zweiten äusseren Magnetfeld problemlos wieder hergestellt werden kann.

Besonders starke Magnete erhält man zudem, wenn man dem ferromagnetischen Pulver einen paramagnetischen Stoff wie das Seltenerd-Metall Neodym unterjubelt: Die paramagnetischen Neodym-Teilchen werden im Magnetfeld des sie umgebenden Magnet-Pulvers dauerhaft in Ordnung gehalten und verstärken so das Magnetfeld des Dauermagneten ungemein!

Unglücklicherweise sind Seltenerd-Atome ziemlich reaktionsfreudig. Deshalb werden neodymhaltige “Supermagnete” mit einer Schicht aus edleren Metallen (was diese Metalle edel macht ist eine andere Geschichte), in der Regel mit einer silbrig glänzenden Legierung aus Kupfer und Nickel, umgeben. Diese Beschichtung kann zudem vergoldet (dann glänzt der Magnet golden) oder verchromt werden.

 

Magnetismus und Strom

Die Maxwell-Gleichungen haben es bereits gezeigt: Wo ein Magnetfeld bewegt wird oder sich verändert, entsteht stets ein elektrisches Feld, und wo elektrische Ladungen (jede davon erzeugt ein kleines elektrisches Feld!) bewegt werden, entsteht ein Magnetfeld.

Diese Umstände weiss sich der Mensch zunutze zu machen, indem er einen Dauermagneten im Kreis dreht, sodass in seiner Umgebung Elektronen (in einem Draht) in Bewegung geraten (das ist ein Dynamo – oder im Grossformat ein Generator), oder Strom durch einen aufgewickelten Draht leitet, sodass das entstehende Magnetfeld in einem äusseren Magnetfeld mitsamt der Drahtspule in Drehung gerät (das ist dann ein Elektromotor). Die Einzelheiten zu solchen Elektromagneten und ihrem Nutzen bieten genug Stoff für eine eigene Geschichte und würden hier den Rahmen sprengen.

Im Allgemeinen unterscheidet sich das Magnetfeld eines Elektromagneten nicht von dem eines Dauermagneten – ausgenommen ist ein entscheidender Punkt: Sobald man einem Elektromagneten den Strom abstellt, verschwindet auch das Magnetfeld. Einen Dauermagneten kann man hingen nicht einfach ein- und ausschalten.

Das gilt auch für den grössten Magneten der Erde – die Erde selbst! Zwar ist das Erdmagnetfeld im weitesten Sinne auf einen riesigen Elektromagneten zurück zu führen – es wird von flüssigem Eisen erzeugt, welches im äusseren Erdkern in Strömungen bewegt wird – aber so lange unser Planet nicht innerlich auskühlt und erstarrt, wird nichts und niemand im Erdkern den Strom abstellen können. Und bis die Erde auskühlt, werden noch einige Milliarden Jahre vergehen müssen.

Elektromagnetische Wellen

Erst die untrennbare Verbindung zwischen elektrischen und Magnetfeldern ermöglicht uns, unsere Umgebung zu sehen und spannende Artikel über Magnetismus zu lesen. Denn wenn irgendwo in einem Atom ein Elektron zu schwingen anfängt, gerät eine elektrische Ladung in Bewegung – schliesslich schwingt die Elementarladung des Elektrons fleissig hin und her.

Und wo eine Ladung, und mit ihr ein elektrisches Feld in Bewegung ist, entsteht laut Maxwells Gleichungen ein Magnetfeld. Und wo ein Magnetfeld entsteht – was einer Veränderung desselben gleich kommt – entsteht sogleich wieder ein elektrisches Feld, und aus dem elektrischen Feld ein neues Magnetfeld…. Die Folge davon: die erscheinenden (und bei Ende der jeweiligen Veränderungen ebenso schnell wieder verschwindenden) Felder pflanzen sich durch den Raum fort. Und zwar so schnell wie nichts anderes: Die sich fortpflanzenden Felder bilden “elektromagnetische Wellen” – kurz gesagt: Licht.

Und so, wie Licht durch bewegte elektrische Ladungen entsteht, können die Felder einer Lichtwelle wiederum Ladungen in Bewegung setzen. Wie uns dieser Umstand ermöglicht zu sehen, erfährst du in der Geschichte um Licht und Farben.

 

Supraleiter – die stärksten Magneten der Welt

Während Dauermagnete in ihrer Stärke durch die festgelegten magnetischen Eigenschaften ihrer Elementarmagnete begrenzt sind, hängt die Stärke eines Elektromagneten von der Stärke des darin fliessenden Stromes ab: Je stärker der Strom, desto stärker ist auch das erzeugte Magnetfeld. Theoretisch jedenfalls. Denn gewöhnliche Drähte leisten dem Strom stets einen gewissen Widerstand – dadurch entsteht im Draht “Reibungswärme”, die mit zunehmender Stromstärke irgendwann jedes Material zerstört.

Fast jedes Material zumindest. Denn glücklicherweise (für Physikfans und die moderne Technik) haben Wissenschaftler in den 1980er Jahren entdeckt, dass manche Materialien bei sehr, sehr niedrigen Temperaturen kurzerhand ihren gesamten Widerstand aufgeben – und somit ohne Reibung elektrischen Strom leiten. Die ersten dieser Supraleiter mussten noch mit flüssigem Helium auf unter 4°C über dem absoluten Nullpunkt gekühlt werden. Inzwischen gibt es jedoch sogenannte “Hochtemperatur”-Supraleiter, die sich schon mit flüssigem Stickstoff (bis -196°C, also rund 77°C über dem absoluten Nullpunkt) zufrieden geben. Und der lässt sich vergleichsweise wirtschaftlich beschaffen.

Deshalb werden die stärksten Elektromagneten, die beispielsweise in Kernspintomographen oder in Teilchenbeschleunigern zum Einsatz kommen – oder in Labors fantasievoller Wissenschaftler, die Frösche zum Schweben bringen, aus supraleitenden und damit nicht durchbrennenden Drähten hergestellt.

Noch spektakulärer anzuschauen sind wohl die Folgen einer weiteren Eigenschaft der Supraleiter: Neben der unbegrenzten Leitfähigkeit sind sie nämlich auch vollkommene Diamagneten – was ihnen ermöglicht, in einem ausreichend starken Magnetfeld frei zu schweben:

(Nicht zur Nachahmung empfohlen: Flüssigen Stickstoff oder damit Gekühltes NIEMALS mit der blossen Hand anfassen – Kaltverbrennungsgefahr!)

Sind Magnete oder Magnetfelder gefährlich?

Nach unserem heutigen Wissensstand: Nein. Die Orientierung der Elementarmagnete im menschlichen Körper ist für die Funktion der Atome und Moleküle darin praktisch ohne Bedeutung. Menschen bekommen daher selbst dann kaum etwas davon mit, wenn sie in ein starkes Magnetfeld geraten – wie ich nach einer Kernspin-Tomographie meines Kopfes vor einigen Jahren bestätigen kann. Einzig ein paar Lichtblitze “vor” meinen Augen – so genannte “Magnetophosphene”, die durch Beeinflussung der Nervenströme in der Netzhaut durch das Magnetfeld entstehen – haben auf die Existenz des Feldes hingewiesen.

Anderes gilt für elektrische Geräte jeder Art: Da elektrische Ströme mit Magnetfeldern wechselwirken, können letztere elektrische Geräte gehörig durcheinander bringen oder sogar ausser Gefecht setzen. Wer einen Herzschrittmacher trägt, sollte sich also tunlichst von Kernspintomographen oder Supraleiter-Labors fernhalten (und nicht nur davon – selbst im Schullabor, wo einfache Magnet-Rührgeräte zum Einsatz kommen, habe ich das Warnschild für Herzschrittmacher-Träger gesichtet).

Darüber hinaus besteht die grösste Gefahr, die von Magneten ausgeht, wohl darin, sich unter starken Neodym-Magneten Körperteile einzuquetschen oder von plötzlich im Magnetfeld herumfliegenden ferromagnetischen Gegenständen getroffen zu werden.

Du kannst dich also getrost von der geheimnisvollen Magnetkraft verzaubern lassen und nach Herzenslust mit Magneten experimentieren.

Oder hast du schon? Welche Erfahrungen hast du mit Magneten schon gemacht?