Mokslininkai išsiaiškino, kaip keitėsi Žemės magnetinis laukas

Kartais kompaso rodyklė atrodo kaip vienas patikimiausių dalykų pasaulyje: kad ir kur pasuktum, ji vis tiek ieško šiaurės. Tačiau Žemė nėra nekintantis rutulys su amžinai tuo pačiu nematomu skydu. Giliai po mūsų kojomis vykstantys procesai nuolat keičia magnetinio lauko stiprumą, formą ir net jo kryptį. Šių pokyčių pėdsakų mokslininkai ieško ne tik laboratorijose, bet ir uolienose, vandenynų dugne bei senoviniuose žmogaus dirbiniuose.

Uolienose išliko senovinės „kompaso“ nuorodos

Žemės magnetinio lauko istorija nėra užrašyta vienu dokumentu. Ji atkuriama iš daugybės skirtingų šaltinių, kurių kiekvienas primena mažą dėlionės detalę.

Kai vulkaninė lava vėsta, joje esantys geležies mineralai išsidėsto pagal tuo metu egzistuojančio magnetinio lauko kryptį. Lava sukietėja, o mineralų orientacija išlieka tarsi užšaldyta magnetinė nuotrauka. Išanalizavę tokius mėginius, geofizikai gali nustatyti, kur tuo metu buvo magnetinis šiaurės polius ir koks buvo lauko stiprumas.

Panašiai veikia ir senovinės keramikos tyrimai. Kaitinant molį, jame esančios magnetinės dalelės praranda ankstesnę orientaciją, o vėsdamos ją perima iš aplinkos. Todėl krosnyse išdegti indai ar molinės plytos gali išsaugoti informaciją apie magnetinį lauką prieš šimtus ar tūkstančius metų.

Šis mokslas vadinamas paleomagnetizmu. Jis leido nustatyti, kad laukas ne tik silpnėja ar stiprėja, bet ir keičia savo struktūrą. Kartais poliai slenka, kartais aplink Žemę atsiranda daugiau nei vienas stipresnis magnetinis centras, o prieš didžiuosius apsivertimus laukas gali tapti gerokai chaotiškesnis.

Magnetiniai poliai ne visada buvo ten, kur yra dabar

Šiaurinis magnetinis polius nėra tas pats, kas geografinis Šiaurės ašigalis. Jis nuolat juda, o pastaraisiais dešimtmečiais jo slinkimas ypač paspartėjo nuo Kanados Arkties link Sibiro. Navigacijai tai svarbu praktiškai: magnetinių modelių duomenys reguliariai atnaujinami, kad veiktų kompasai, laivybos sistemos, aviacijos įranga ir kai kurios palydovinės technologijos.

Tačiau tyrimai rodo, kad dabartinis polių judėjimas nėra išskirtinis reiškinys. Per Žemės istoriją magnetiniai poliai buvo ne kartą apsivertę. Tada magnetinė šiaurė tapdavo pietumis, o pietūs – šiaure. Tokie apsivertimai neįvyksta per vieną naktį. Jie gali trukti tūkstančius metų, o pereinamuoju laikotarpiu laukas susilpnėja ir tampa sudėtingesnis.

Paskutinis visiškas magnetinio lauko apsivertimas įvyko maždaug prieš 780 tūkstančių metų. Jis vadinamas Brunhes–Matuyama apsivertimu. Geologai jo pėdsakų aptinka vandenynų dugne, nes išsiveržianti magma nuolat įrašo tuo metu buvusią magnetinio lauko kryptį. Dėl to vandenynų dugno uolienos tapo vienu svarbiausių įrodymų, patvirtinusių ne tik lauko pokyčius, bet ir vandenyno dugno plitimą.

Pokyčių šaltinis slypi skystame branduolyje

Žemės magnetinį lauką generuoja ne jos pluta ir ne atmosfera. Pagrindinis „variklis“ veikia maždaug 2900 kilometrų gylyje, išoriniame branduolyje, kur juda skystas geležies ir nikelio sluoksnis.

Šis metalas yra elektrai laidus. Branduolio medžiagai judant dėl temperatūros ir tankio skirtumų, susidaro elektros srovės. Jos savo ruožtu kuria magnetinį lauką. Procesas vadinamas geodinamu. Jis nėra tolygus: branduolio viduje vykstantys srautai keičiasi, todėl kinta ir lauko intensyvumas bei forma.

Palydovų matavimai atskleidė, kad pastaraisiais šimtmečiais bendras Žemės magnetinis laukas silpnėjo. Vis dėlto mokslininkai pabrėžia, kad kelių šimtų metų pokyčiai yra maža dalis daug ilgesnėje planetos istorijoje. Nėra pagrindo teigti, kad dabartinis silpnėjimas būtinai reiškia artėjantį polių apsivertimą.

Ypatingas dėmesys skiriamas Pietų Atlanto anomalijai – regionui tarp Pietų Amerikos ir Afrikos, kuriame magnetinis laukas yra silpnesnis nei daugelyje kitų pasaulio vietų. Ten palydovai, skrendantys žemai virš Žemės, gali dažniau susidurti su didelės energijos dalelėmis. Tai kelia techninių problemų kosminiams aparatams, tačiau žmonėms Žemės paviršiuje ši anomalija nėra tiesioginė kasdienė grėsmė.

Ką tai reiškia planetos ateičiai

Magnetinis laukas atlieka svarbų apsauginį vaidmenį. Kartu su atmosfera jis nukreipia dalį Saulės vėjo – įkrautų dalelių srauto, nuolat plūstančio iš Saulės. Kai laukas silpnėja, į viršutinius atmosferos sluoksnius gali patekti daugiau dalelių, o kosmose esančioms technologijoms padidėja radiacijos poveikis.

Vis dėlto Žemės magnetinis skydas niekada nebuvo visiškai nekintamas ar vienodai stiprus. Net ir polių apsivertimo metu jis neišnyktų staiga. Modeliai rodo, kad laukas greičiausiai susilpnėtų, tačiau išliktų kelių skirtingų poliškumo centrų pavidalu. Be to, apsaugą nuo Saulės dalelių teiktų ir atmosfera.

Todėl mokslininkams svarbiausia ne spėlioti konkrečią būsimo apsivertimo datą, o kuo tiksliau stebėti procesus branduolyje ir aplink Žemę. Tam naudojami palydovai, antžeminės observatorijos, vandenynų dugno mėginiai, lavos srautai ir net archeologiniai radiniai.

Magnetinio lauko istorija primena, kad planeta po mūsų kojomis nėra statiška. Ji nuolat juda, persitvarko ir palieka šių pokyčių pėdsakus – nuo geležies mineralų uolienose iki trikdžių kosminių palydovų ekranuose. Kol kompasas vis dar rodo kryptį, Žemės gelmėse vyksta procesas, kurio mastas pranoksta bet kokį žmogaus sukurtą magnetą.