Geofysiker vid University of Leeds Yon Mound och Phil Livermore tror att om ett par tusen år kommer det att bli en inversion av jordens magnetfält. Brittiska forskare presenterade sina resultat i en kolumn av The Conversation. "Lenta.ru" ger de viktigaste teserna för författarna och förklarar varför geofysiker antagligen har rätt.
Magnetfältet skyddar jorden från farlig kosmisk strålning genom att avleda laddade partiklar bort från planeten. Men detta kraftfält är inte permanent. Under hela planetens historia har det förekommit åtminstone flera hundra magnetfältförändringar, när de nordliga och södra magnetpolarna byttes.
I processen med omvänd polaritet tar planetens magnetfält en komplex form och försvagas. Under denna period kan dess värde sjunka till tio procent av det ursprungliga värdet och samtidigt bildas inte två poler utan flera, inklusive till exempel vid ekvatorn. I genomsnitt inträffar magnetfältåterföringar en gång per miljon år, men intervallet mellan reverseringarna är inte konstant.
Förutom geomagnetiska reverseringar inträffade ofullständiga reverseringar i jordens historia, när magnetpolerna rörde sig till låga breddegrader, upp till ekvatorens skärningspunkt och sedan återvände tillbaka. Förra gången en geomagnetisk vändning, det så kallade Brunes-Matuyama-fenomenet, inträffade för cirka 780 tusen år sedan. En tillfällig vändning - Lashamp-händelsen - hände för 41 tusen år sedan och varade under mindre än tusen år, under vilken riktningen för planetens magnetfält faktiskt förändrades i cirka 250 år.
Jorden från omloppsbana
Foto: Stuart Rankin / Flickr
Förändringar i magnetfältet under inversion försvagar planetens skydd mot kosmisk strålning och ökar strålningsnivån på jorden. Om den geomagnetiska vändningen inträffade idag skulle det dramatiskt öka riskerna för driften av nära jordens satelliter, luftfart och markbaserad elektrisk infrastruktur. Geomagnetiska stormar som inträffar med en kraftig ökning av solaktiviteten ger forskare möjlighet att bedöma de hot som planeten kan möta när dess magnetfält plötsligt försvagas.
Kampanjvideo:
2003 orsakade en solstorm strömavbrott i Sverige och krävde ändringar av flygvägar för att undvika tillfälliga störningar i nätverket och minska strålningsriskerna för satelliter och markinfrastruktur. Men denna storm anses vara obetydlig i jämförelse med Carrington-händelsen - den geomagnetiska stormen 1859, då auroror inträffade även i närheten av de Karibiska öarna.
Samtidigt är den specifika inverkan som en stor storm kan ha på dagens elektroniska infrastruktur fortfarande oklar. Vi kan säkert säga att den ekonomiska skadan från strömavbrott, värmesystem, luftkonditionering, geo-placering och Internet kommer att vara mycket betydande: endast genom grova uppskattningar uppskattas det till minst 40 miljarder dollar per dag.
Den direkta inverkan som inversionen av magnetfältet kommer att ge på levande varelser och människor är också svårt att förutsäga: den moderna människan i hela hans existenshistoria har inte stött på en sådan händelse. Det finns studier som försöker koppla geomagnetiska reverseringar och vulkanisk aktivitet till massutrotningar. Emellertid noterar Mound och Livermore att det inte finns någon märkbar aktivering av vulkanism, så troligen måste mänskligheten uteslutande hantera elektromagnetiska effekter.
Jordens magnetfält 500 år innan vändningen (enligt superdatormodellering)
Bild: GA Glatzmaier
Jordens magnetfält omedelbart efter vändningen (enligt superdatormodellering)
Bild: GA Glatzmaier
Jordens magnetfält efter 500 års reversering (enligt superdatormodellering)
Bild: GA Glatzmaier
Det är känt att många djurarter har någon form av magnetoreception, vilket gör att de kan känna förändringar i jordens magnetfält. Djur använder den här funktionen för att navigera under långa vandringar. Det är ännu inte klart vilken effekt den geomagnetiska reverseringen kommer att ha på sådana arter. Det är bara känt att det forntida folket lyckades överleva Lashamp-händelsen, och livet på planeten under hela dess existenshistoria har mött fullständiga omvändningar av det geomagnetiska fältet hundratals gånger.
Två omständigheter - åldern för fenomenet Brunhes-Matuyama och den observerade försvagningen av jordens geomagnetiska fält med cirka fem procent per århundrade - antyder försiktigt att en inversion kan inträffa inom de kommande två tusen åren. Det är svårt att namnge mer exakta datum. Planetens magnetfält genereras av en flytande järnstenkärna som följer samma fysiklagar som hydrosfären och atmosfären.
Samtidigt har mänskligheten lärt sig att förutsäga väderförändringar bara några dagar framåt. När det gäller kärnan som ligger på ett djup av cirka tre tusen kilometer från jordens yta är situationen mycket mer komplicerad, främst på grund av den extremt knappa informationen om strukturen och processerna som inträffar i planetens inre. Forskare har till sitt förfogande ungefärlig information om sammansättningen och strukturen i kärnan, liksom ett globalt nätverk av markbaserade geofysiska observatorier och kretsloppssatelliter som kan mäta förändringar i det geomagnetiska fältet och därmed spåra rörelsen i jordens kärna.
Inte mycket är känt verkligen om planetens kärna. Till exempel nyligen har japanska forskare i laboratorieexperimenter som simulerar förhållandena inuti jorden fastställt pålitligt att dess tredje huvudkomponent är kisel: den står för cirka fem procent av massan i jordens kärna. Andra aktier är i järn (85 procent) och nickel (10 procent). Som vanligt i sådana fall kvarstod anhängare av den alternativa hypotesen om det tredje elementet, som tror att det inte är kisel utan syre.
Färgkarta över Merkurius
Foto: NASA Goddard Space Flight Center / Flickr
Lilla forskare vet om strukturen i planetens mantel. För bara tre år sedan blev det tillförlitligt känt att det i övergångsskiktet mellan den övre och nedre manteln, på ett djup av 410-660 kilometer, finns enorma vattenreserver. Därefter bekräftades dessa data upprepade gånger. Ytterligare analys visade att vatten också kan innehålla de underliggande skikten, på ett djup på cirka tusen kilometer. Men även i det här fallet är det inte känt om det är spridd i hela skiktet eller endast upptar vissa lokala områden.
När man klättrar högre står forskare inför ett annat problem - arten och ursprunget för tektonik för litosfäriska plattor. Strengt taget anses jorden vara den enda planeten i solsystemet där det finns tektonik, men ingen vet fortfarande när och varför den uppstod. Att besvara dessa frågor skulle göra det möjligt för oss att spåra kontinenterna och framtiden - i synnerhet den nuvarande etappen i Wilson-cykeln. Forskare presenterade de preliminära uppgifterna än en gång vid en specialkonferens som hölls 2016.
Naturen på planetens magnetfält är det största geofysiska problemet. Det är pålitligt känt att förutom Merkurius, jorden och fyra gasjättar, har Ganymede, den största satelliten i Jupiter, också en magnetosfär, men hur planeten stöder sin egen magnetosfär är mycket lite känt. Till forskarnas förfogande hittills finns praktiskt taget den enda teorin om geodynamo. Enligt denna teori är det i tarmarna på planeten en metallkärna med ett fast centrum och ett flytande skal. På grund av sönderfallet av radioaktiva element frigörs värme, vilket leder till bildande av konvektiva flöden av en ledande vätska. Dessa strömmar genererar planetens magnetfält.
Även om teorin om geodynamo är praktiskt taget obestridd, orsakar den stora svårigheter. Enligt klassisk magnetohydrodynamik bör dynamoeffekten ruttna och planetens kärna bör svalna och härda. Det finns fortfarande ingen exakt förståelse för de mekanismer som Jorden upprätthåller dynamoens egenproduktionseffekt tillsammans med de observerade egenskaperna hos magnetfältet, främst geomagnetiska avvikelser, migration och polvändning.
Den senaste upptäckten av en järnstråle inne i jordens kärna, som noterats av Mound och Livermore, vittnar om vetenskapens växande kapacitet när det gäller att studera dynamiken i processer som inträffar i planetens inre. Strålen bildades i den flytande yttre kärnan på jorden i området beläget under Nordpolen. Objektets bredd är för närvarande 420 kilometer. Strålen har nått sådana dimensioner sedan 2000, varje år ökad i bredd upp till 40 kilometer.
Geofysiker tror att järnstrålen de upptäckte är ett av föremålen som skapar jordens magnetfält. I kombination med numeriska metoder och laboratorieexperiment bör detta och andra upptäckter, enligt experter, påskynda framstegen inom detta geofysikområde. Det är möjligt, påpekar Mound och Livermore, att forskare snart kommer att kunna förutsäga jordens kärnbeteende.
Yuri Sukhov