Kodėl Žemės magnetinis laukas nuolat keičiasi?

Kartais kompaso rodyklė, kurią laikome beveik neklystančiu orientyru, ima rodyti ne visai ten, kur tikėjomės. Oro uostuose, laivuose ir mokslinių tyrimų stotyse tokie nukrypimai nėra smulkmena – jie fiksuojami, lyginami su ankstesniais duomenimis ir atidžiai stebimi. Tai, kas žmogui atrodo kaip nekintanti planetos savybė, iš tiesų yra nuolat judantis procesas.

Magnetinis skydas, slepiantis neramią gelmę

Žemę gaubia magnetosfera – didžiulė magnetinio lauko suformuota sritis, sauganti planetą nuo dalies Saulės vėjo ir kosminės spinduliuotės. Būtent dėl jos kompaso rodyklė gali orientuotis maždaug į šiaurę, o virš poliarinių sričių kartais sužimba pašvaistės.

Tačiau magnetinis laukas nėra kietas, nekintamas apvalkalas. Jis susidaro giliai po mūsų kojomis, išoriniame Žemės branduolyje, kuriame yra skysto geležies ir nikelio lydinio. Šis sluoksnis yra tūkstančių kilometrų gylyje ir nuolat juda.

Žemės sukimasis, temperatūrų skirtumai bei sudėtingos skysčio srovės branduolyje sukuria elektrines sroves. Jos savo ruožtu palaiko magnetinį lauką. Šis procesas vadinamas geodinamo veikimu. Paprastai tariant, planeta pati sau kuria magnetinį skydą, tačiau jo „generatorius“ nėra ramus: medžiaga branduolyje juda sūkuriais, keičia kryptį ir greitį, todėl keičiasi ir laukas virš Žemės paviršiaus.

Mokslininkai šių gelmės procesų tiesiogiai stebėti negali. Apie juos sprendžiama iš palydovų, observatorijų, jūrų dugno uolienų, senovinių keramikos dirbinių ir kitų įrašų, kuriuose išliko ankstesnė magnetinio lauko kryptis ar stiprumas.

Pokyčiai vyksta nuolat, bet ne vienodu tempu

Magnetinio lauko kaita turi kelis mastelius. Vieni pokyčiai vyksta per valandas ar dienas, kiti išryškėja per dešimtmečius, o dar kiti – per tūkstančius ar milijonus metų.

Trumpalaikius svyravimus dažniausiai sukelia Saulės aktyvumas. Saulės žybsniai ir vainikinės masės pliūpsniai į kosmosą išmeta didelius įkrautų dalelių srautus. Pasiekę Žemę, jie sujudina magnetosferą. Tokių geomagnetinių audrų metu gali sutrikti radijo ryšys, palydovų veikla, navigacinės sistemos, o pašvaistės pasirodyti gerokai piečiau nei įprastai.

Ilgesnėje perspektyvoje svarbiausi pokyčiai kyla pačiame branduolyje. Dėl jų magnetiniai poliai lėtai slenka. Šiaurinis magnetinis polius, kuris nėra tas pats, kas geografinis Šiaurės ašigalis, pastaraisiais dešimtmečiais judėjo iš Kanados Arkties link Sibiro. Jo padėtis kasmet perskaičiuojama, nes navigacinėms sistemoms reikia kuo tikslesnio Žemės magnetinio modelio.

Keičiasi ir lauko stiprumas. Kai kuriose planetos vietose jis silpnėja, kitur gali stiprėti. Tokie regioniniai skirtumai susiję su nevienodu skysčio judėjimu branduolyje. Todėl Žemės magnetinio lauko negalima apibūdinti vienu skaičiumi ar viena pastovia kryptimi.

Ką atskleidžia uolienos ir praeities ženklai

Kad suprastų ilgalaikę magnetinio lauko istoriją, geofizikai tiria ne tik dabartinius matavimus. Svarbų pėdsaką palieka vulkaninės uolienos. Kai lava vėsta, joje esančių magnetinių mineralų dalelės orientuojasi pagal tuo metu egzistavusio lauko kryptį. Uolienai sukietėjus, ši informacija gali išlikti milijonus metų.

Panašiai veikia ir jūros dugnas. Ties vidurio vandenynų kalnagūbriais iš Žemės gelmių kylanti magma vėsta ir sudaro naują vandenyno plutą. Joje užfiksuojami tuo metu buvusio magnetinio lauko ženklai. Kadangi laukas praeityje ne kartą keitė poliškumą, abipus kalnagūbrių susidaro simetriškos magnetinių juostų sekos. Būtent šie duomenys padėjo patvirtinti plokščių tektonikos teoriją.

Magnetinio lauko istoriją galima atsekti ir iš archeologinių radinių. Kaitinant molį ar metalą, magnetiniai mineralai iš dalies „įrašo“ aplinkos lauką. Tokie radiniai leidžia mokslininkams tirti, kaip laukas keitėsi per pastaruosius šimtmečius ir tūkstantmečius – laikotarpį, kuriam nėra tiesioginių instrumentinių matavimų.

Šie įrodymai rodo, kad dabartiniai svyravimai nėra išskirtinis reiškinys. Žemės magnetinis laukas niekada nebuvo visiškai pastovus.

Ar laukia magnetinių polių apsivertimas?

Per Žemės istoriją magnetiniai poliai daugybę kartų apsivertė: magnetinė šiaurė tapo pietine ir atvirkščiai. Paskutinis toks apsivertimas įvyko maždaug prieš 780 tūkstančių metų. Tikslaus grafiko nėra – šie įvykiai nepasikartoja reguliariais intervalais.

Polių apsivertimas nėra staigus jungiklio paspaudimas. Jei toks procesas prasidėtų, jis tikriausiai truktų šimtus ar tūkstančius metų. Tuo metu magnetinis laukas susilpnėtų, taptų sudėtingesnis, galėtų atsirasti keli laikini magnetiniai poliai. Vis dėlto tai nereiškia, kad Žemė staiga liktų be apsaugos. Atmosfera ir toliau stabdytų didelę dalį kosminių dalelių, o gyvybė būtų veikiama įvairių vietinių ir ilgalaikių aplinkos pokyčių.

Silpnėjantis laukas kai kuriuose regionuose svarbus praktiniu požiūriu. Jis gali didinti kosminės spinduliuotės poveikį palydovams ir aukštai skrendantiems orlaiviams, apsunkinti navigaciją bei kelti papildomų iššūkių elektros tinklams per geomagnetines audras. Tačiau vien iš dabartinių svyravimų negalima patikimai pasakyti, kad artėja polių apsivertimas.

Kompaso rodyklės nuokrypis ar palydovo duomenyse matomas pokytis primena svarbią planetos savybę: Žemė nėra sustingęs rutulys. Jos gelmėse nuolat juda medžiaga, o šio nematomo judėjimo pasekmes galime pajusti tiek navigacijos ekrane, tiek danguje virš poliarinių kraštų. Magnetinis laukas kinta todėl, kad kinta pati planeta – lėtai, sudėtingai ir nuolat.