Geofizycy z University of Leeds Yon Mound i Phil Livermore uważają, że za kilka tysięcy lat nastąpi inwersja pola magnetycznego Ziemi. Brytyjscy naukowcy przedstawili swoje odkrycia w kolumnie The Conversation. „Lenta.ru” przedstawia główne tezy autorów i wyjaśnia, dlaczego geofizycy mają najprawdopodobniej rację.
Pole magnetyczne chroni Ziemię przed niebezpiecznym promieniowaniem kosmicznym, odbijając naładowane cząstki z dala od planety. Jednak to pole siłowe nie jest trwałe. W całej historii planety miało miejsce co najmniej kilkaset odwróceń pola magnetycznego, kiedy zamieniano północny i południowy biegun magnetyczny.
W procesie odwracania polaryzacji pole magnetyczne planety przybiera złożony kształt i słabnie. W tym okresie jego wartość może spaść do dziesięciu procent pierwotnej wartości, a jednocześnie powstają nie dwa bieguny, ale kilka, w tym na przykład na równiku. Przeciętnie odwrócenia pola magnetycznego występują raz na milion lat, ale odstęp między nimi nie jest stały.
Oprócz odwrócenia geomagnetycznego, w historii Ziemi wystąpiły niepełne odwrócenia, kiedy bieguny magnetyczne przesunęły się na niskie szerokości geograficzne, aż do przecięcia równika, a następnie powróciły. Ostatni raz odwrócenie geomagnetyczne, tak zwane zjawisko Brunesa-Matuyamy, miało miejsce około 780 tysięcy lat temu. Chwilowe odwrócenie - zdarzenie Lashamp - wydarzyło się 41 tysięcy lat temu i trwało mniej niż tysiąc lat, podczas którego kierunek pola magnetycznego planety faktycznie zmienił się na około 250 lat.
Ziemia z orbity
Zdjęcie: Stuart Rankin / Flickr
Zmiany pola magnetycznego podczas inwersji osłabiają ochronę planety przed promieniowaniem kosmicznym i zwiększają poziom promieniowania na Ziemi. Gdyby odwrócenie geomagnetyczne nastąpiło dzisiaj, dramatycznie zwiększyłoby ryzyko dla działania satelitów znajdujących się w pobliżu Ziemi, lotnictwa i naziemnej infrastruktury elektrycznej. Burze geomagnetyczne, które występują wraz z gwałtownym wzrostem aktywności słonecznej, dają naukowcom możliwość oceny zagrożeń, jakie może napotkać planeta, gdy jej pole magnetyczne zostanie gwałtownie osłabione.
Film promocyjny:
W 2003 r. Burza słoneczna spowodowała przerwy w dostawie prądu w Szwecji i wymagała zmian w trasach podróży lotniczych, aby uniknąć tymczasowych zakłóceń sieci i zmniejszyć ryzyko promieniowania satelitów i infrastruktury naziemnej. Ale burzę tę uważa się za nieistotną w porównaniu z wydarzeniem Carrington - burzą geomagnetyczną z 1859 roku, kiedy zorze polarne wystąpiły nawet w pobliżu wysp karaibskich.
Tymczasem wciąż niejasny jest konkretny wpływ, jaki poważna burza może mieć na dzisiejszą infrastrukturę elektroniczną. Z pewnością możemy powiedzieć, że szkody ekonomiczne spowodowane przerwami w dostawie prądu, ogrzewaniem, klimatyzacją, geolokalizacją i Internetem będą bardzo znaczące: tylko przybliżone szacunki szacuje się na co najmniej 40 miliardów dolarów dziennie.
Bezpośredni wpływ, jaki wywrze odwrócenie pola magnetycznego na żywe istoty i ludzi, jest również trudny do przewidzenia: współczesny człowiek w całej swojej historii nie spotkał się z takim wydarzeniem. Istnieją badania, które próbują powiązać odwrócenie geomagnetyczne i aktywność wulkaniczną z masowym wymieraniem. Jednak, jak zauważają Mound i Livermore, nie ma zauważalnej aktywacji wulkanizmu, więc najprawdopodobniej ludzkość będzie musiała zajmować się wyłącznie efektami elektromagnetycznymi.
Ziemskie pole magnetyczne 500 lat przed odwróceniem (zgodnie z modelowaniem superkomputera)
Zdjęcie: GA Glatzmaier
Ziemskie pole magnetyczne bezpośrednio po odwróceniu (zgodnie z modelowaniem superkomputera)
Zdjęcie: GA Glatzmaier
Ziemskie pole magnetyczne po 500 latach odwrócenia (zgodnie z modelowaniem superkomputera)
Zdjęcie: GA Glatzmaier
Wiadomo, że wiele gatunków zwierząt ma jakąś formę magnetorecepcji, która pozwala im wyczuwać zmiany w polu magnetycznym Ziemi. Zwierzęta używają tej funkcji do nawigacji podczas długich migracji. Nie jest jeszcze jasne, jaki wpływ będzie miało odwrócenie geomagnetyczne na takie gatunki. Wiadomo tylko, że starożytnym ludziom udało się z powodzeniem przetrwać wydarzenie Lashamp, a życie na planecie w całej historii jej istnienia setki razy stawało w obliczu całkowitego odwrócenia pola geomagnetycznego.
Dwie okoliczności - wiek zjawiska Brunes-Matuyama i obserwowane osłabienie pola geomagnetycznego Ziemi o około pięć procent na wiek - ostrożnie sugerują, że inwersja może nastąpić w ciągu najbliższych dwóch tysięcy lat. Trudno podać dokładniejsze daty. Pole magnetyczne planety jest generowane przez płynny rdzeń z kamienia żelaznego, który podlega tym samym prawom fizyki, co hydrosfera i atmosfera.
W międzyczasie ludzkość nauczyła się przewidywać zmiany pogody zaledwie na kilka dni do przodu. W przypadku jądra znajdującego się na głębokości około trzech tysięcy kilometrów od powierzchni Ziemi sytuacja jest znacznie bardziej skomplikowana, przede wszystkim ze względu na niezwykle skąpe informacje o budowie i procesach zachodzących we wnętrzu planety. Do dyspozycji naukowców są przybliżone informacje o składzie i budowie rdzenia, a także globalna sieć naziemnych obserwatoriów geofizycznych i satelitów na orbicie, które umożliwiają pomiar zmian pola geomagnetycznego, a tym samym śledzenie ruchu jądra Ziemi.
Niewiele wiadomo o rdzeniu planety. Na przykład dopiero niedawno japońscy naukowcy podczas eksperymentów laboratoryjnych symulujących warunki panujące wewnątrz Ziemi niezawodnie ustalili, że jego trzecim głównym składnikiem jest krzem: stanowi on około pięciu procent masy jądra Ziemi. Pozostałe udziały to żelazo (85 procent) i nikiel (10 procent). Jak zwykle w takich przypadkach, pozostali zwolennicy alternatywnej hipotezy trzeciego pierwiastka, którzy uważają, że nie jest to krzem, ale tlen.
Mapa kolorów Merkurego
Zdjęcie: Centrum lotów kosmicznych NASA Goddard / Flickr
Mali naukowcy wiedzą o strukturze płaszcza planety. Dopiero przed trzema laty wiadomo było, że w warstwie przejściowej między płaszczem górnym i dolnym, na głębokości 410-660 kilometrów, znajdują się ogromne rezerwy wody. Następnie dane te były wielokrotnie potwierdzane. Dalsza analiza wykazała, że woda może znajdować się również w leżących poniżej warstwach, na głębokości około tysiąca kilometrów. Ale nawet w tym przypadku nie wiadomo, czy jest rozproszony w całej warstwie, czy zajmuje tylko określone obszary lokalne.
Wspinając się wyżej, naukowcy stają przed kolejnym problemem - naturą i pochodzeniem tektoniki płyt litosferycznych. Ściśle mówiąc, Ziemia jest uważana za jedyną planetę w Układzie Słonecznym, na której występuje tektonika, ale nikt nadal nie wie, kiedy i dlaczego powstała. Odpowiedź na te pytania pozwoliłaby nam prześledzić przeszłość i przyszłość kontynentów - w szczególności aktualny etap cyklu Wilsona. Wstępne dane naukowcy po raz kolejny przedstawili na specjalistycznej konferencji, która odbyła się w 2016 roku.
Natura pola magnetycznego planety jest największym problemem geofizycznym. Niezawodnie wiadomo, że oprócz Merkurego, Ziemi i czterech gazowych gigantów, Ganimedes, największy satelita Jowisza, ma również magnetosferę, ale bardzo mało wiadomo, w jaki sposób planeta obsługuje swoją własną magnetosferę. Jak dotąd naukowcy mają do dyspozycji praktycznie jedyną teorię geodynamiczną. Zgodnie z tą teorią we wnętrznościach planety znajduje się metalowy rdzeń ze stałym środkiem i płynną powłoką. Z powodu rozpadu pierwiastków radioaktywnych uwalniane jest ciepło, co prowadzi do powstania konwekcyjnych przepływów płynu przewodzącego. Prądy te wytwarzają pole magnetyczne planety.
Chociaż teoria geodynamo jest praktycznie bezsporna, stwarza duże trudności. Zgodnie z klasyczną magnetohydrodynamiką efekt dynamo powinien zanikać, a jądro planety powinno ostygnąć i stwardnieć. Nadal nie ma dokładnego zrozumienia mechanizmów, dzięki którym Ziemia utrzymuje efekt samogeneracji dynama wraz z obserwowanymi cechami pola magnetycznego, głównie anomaliami geomagnetycznymi, migracją i inwersją biegunów.
Niedawne odkrycie żelaznego dżetu w jądrze Ziemi, jak zauważyli Mound i Livermore, świadczy o rosnących możliwościach nauki w badaniu dynamiki procesów zachodzących we wnętrzu planety. Dżet powstał w płynnym zewnętrznym jądrze Ziemi na obszarze poniżej bieguna północnego. Szerokość obiektu wynosi obecnie 420 kilometrów. Samolot osiągnął takie rozmiary od 2000 roku, co roku zwiększając szerokość do 40 kilometrów.
Geofizycy uważają, że odkryty przez nich żelazny dżet jest jednym z obiektów tworzących pole magnetyczne Ziemi. W połączeniu z metodami numerycznymi i eksperymentami laboratoryjnymi to i inne odkrycia zdaniem ekspertów powinny znacznie przyspieszyć postęp w tej dziedzinie geofizyki. Jest możliwe, zwracają uwagę Mound i Livermore, że naukowcy wkrótce będą w stanie przewidzieć zachowanie jądra Ziemi.
Yuri Sukhov