Το ασταθές μαγνητικό πεδίο της Γης

Από την ιστοσελίδα της NASA, 29 Δεκεμβρίου 2003

Το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη μας είναι σε μια σταθερή κατάσταση μεταβολών, λένε ερευνητές που τώρα τελευταία άρχισαν να καταλαβαίνουν πώς συμπεριφέρεται και γιατί.

Δεξιά: Η κίνηση του Βόρειου Πόλου της Γης κατά μήκος της Καναδικής Αρκτικής περιοχής, 1831--2001.

Κάθε λίγα χρόνια ένας ειδικός επιστήμονας, ο Larry Newitt της Γεωλογικής Έρευνας του Καναδά, πηγαίνει για έρευνα του μαγνητικού πεδίου της Γης στην Καναδική περιοχή της Αρκτικής. Πετάει με αεροπλάνο πάνω από τα διάσπαρτα νησιά και μετράει με πυξίδες και άλλα όργανα το μαγνητικό πεδίο και πάντα το βρίσκει να μετακινείται, να μετατοπίζεται.

Προς το παρόν βρίσκεται στο Βόρειο Καναδά, περίπου 600 km από την κοντινότερη πόλη και κάνει τις μετρήσεις του.

Από την ιστορία

Τα αρχεία του παλαιομαγνητισμού (Η μελέτη της ιστορίας του γήινου μαγνητισμού λέγεται παλαιομαγνητισμός) δείχνουν ότι το γεωμαγνητικό πεδίο υπάρχει για τουλάχιστον τρία δισεκατομμύριο χρόνια. Εντούτοις, το πεδίο που βασίζεται στο μέγεθος και την ηλεκτρική αγωγιμότητα του γήινου πυρήνα, εάν δεν παραγόταν συνεχώς, θα είχε διασπαστεί περίπου σε 20.000 χρόνια, καθώς η θερμοκρασία του πυρήνα είναι πάρα πολύ υψηλή για να στηρίξει το μόνιμο μαγνητισμό. Επιπλέον, τα αρχεία του παλαιομαγνητισμού δείχνουν ότι η πολικότητα του μαγνητικού πεδίου έχει αντιστραφεί πολλές φορές κατά το παρελθόν, ο μέσος χρόνος μεταξύ των αντιστροφών είναι κατά προσέγγιση 200.000 χρόνια. Υπάρχουν βέβαια και μεμονωμένα γεγονότα αντιστροφής που κρατούν λίγες χιλιάδες χρόνια.

Οι επιστήμονες από καιρό ξέρουν ότι ο μαγνητικός πόλος μετακινείται. Ο James Ross εντόπισε το Βόρειο Πόλο για πρώτη φορά το 1831 μετά από ένα εξαντλητικό αρκτικό ταξίδι κατά τη διάρκεια του οποίου το σκάφος του είχε κολλήσει στον πάγο για τέσσερα χρόνια.

Κανένας άλλος δεν ξαναπήγε εκεί κατά τον 19ο αιώνα. Το 1904, ο Roald Amundsen βρήκε τον Βόρειο Πόλο αλλά ανακάλυψε ότι είχε μετακινηθεί -- τουλάχιστον 50 km από την εποχή του Ross.

Ο Βόρειος Πόλος συνεχίζει να κινείται, κατά τη διάρκεια του 20ού αιώνα, με μια μέση ταχύτητα 10 km ετησίως, πρόσφατα δε επιταχύνθηκε και έφτασε τα 40 km ετησίως, λέει o Newitt. Με αυτό το ρυθμό θα αφήσει τη Βόρεια Αμερική και σε μερικές δεκαετίες θα φθάσει στη Σιβηρία.

Η παρακολούθηση του Βόρειου μαγνητικού πόλου είναι η εργασία του Newitt. "Συνήθως κάθε λίγα χρόνια βγαίνουμε και ελέγχουμε τη θέση του," λέει. "Όμως, θα πρέπει να κάνουμε περισσότερα ταξίδια τώρα που κινείται τόσο γρήγορα."

Το γήινο μαγνητικό πεδίο αλλάζει και με άλλους τρόπους, επίσης: Οι βελόνες των πυξίδων στην Αφρική, παραδείγματος χάριν, αλλάζουν κατεύθυνση περίπου 1 βαθμό της μοίρας ανά δεκαετία. Και συνολικά το μαγνητικό πεδίο έχει αποδυναμωθεί κατά 10% από το 19ο αιώνα.

Όταν αυτό αναφέρθηκε από τους ερευνητές σε μια πρόσφατη συνεδρίαση της Αμερικανικής Γεωφυσικής Ένωσης, πολλές εφημερίδες ανέφεραν την ιστορία. Ένας χαρακτηριστικός τίτλος μιας εφημερίδας ήταν : "Καταρρέει το γήινο μαγνητικό πεδίο;"

Πιθανώς όχι. Όσο αξιοπρόσεκτες κι εάν φαίνονται αυτές οι αλλαγές, είναι ήπιες συγκρινόμενες με όσα έχει κάνει το μαγνητικό πεδίο της γης κατά το παρελθόν", λέει ο καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας Gary Glatzmaier.

Αριστερά

• Μαγνητικές λουρίδες γης γύρω από μεσο-ωκεάνιες ράχες αποκαλύπτουν την ιστορία του μαγνητικού πεδίου της Γης εδώ και εκατομμύρια χρόνια.

• Καθώς ο λειωμένος βράχος (μάγμα) ανυψώνεται, φτάνει στις μεσο-ωκεάνιες ράχες και απλώνεται οπότε ψύχεται, ενώ τα μαγνητισμένα μεταλλεύματα διατηρούν την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου

• Κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών, οι βράχοι του θαλάσσιου πυθμένα διατηρούν την ιστορία της αντιστροφής των πόλων.

• Αυτά τα γεγονότα της αντιστροφής των πόλων μπορούν να κρατήσουν ίσως και 10.000 χρόνια μέχρι να ολοκληρωθούν.

• Η τελευταία σημαντική αντιστροφή των πόλων εμφανίζεται να έγινε πριν περίπου 780.000 χρόνια. 

Για να καταλάβουμε τι συμβαίνει, αναφέρει ο Glatzmaier, πρέπει να κάνουμε ένα ταξίδι στο κέντρο της Γης όπου παράγεται το μαγνητικό πεδίο.

Στην καρδιά του πλανήτη μας βρίσκεται μια στερεά σφαίρα σιδήρου, τόσο καυτή όσο και η επιφάνεια των του ήλιου. Οι ερευνητές την ονομάζουν 'εσωτερικό πυρήνα'.

Είναι πραγματικά ένας άλλος κόσμος μέσα στον κόσμο. Ο εσωτερικός πυρήνας έχει μέγεθος το 70% του φεγγαριού. Περιστρέφεται με το δικό του ρυθμό, γρηγορότερα από την επιφάνεια της Γης, κατά 0.2° του γεωγραφικού μήκους κάθε χρόνο, και έχει και το δικό του ωκεανό: ένα πολύ βαθύ στρώμα υγρού σιδήρου, που είναι γνωστός ως ο 'εξωτερικός πυρήνας'.

Το γήινο μαγνητικό πεδίο προέρχεται από αυτόν τον ρευστό 'ωκεανό' του σιδήρου, ο οποίος είναι καλός αγωγός του ηλεκτρισμού και βρίσκεται σε μια συνεχή κίνηση.

Ο εξωτερικός πυρήνας έχει επίσης τους 'τυφώνες' του -- δίνες που τροφοδοτούνται από τις δυνάμεις Coriolis της γήινης περιστροφής. Αυτές οι σύνθετες κινήσεις παράγουν το μαγνητισμό του πλανήτη μας μέσω του φαινομένου του δυναμό.

Χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις της μαγνητουδροδυναμικής, ένας κλάδος της φυσικής που εξετάζει τα αγώγιμα ρευστά και τα μαγνητικά πεδία, ο Glatzmaier και ο συνάδελφος του Paul Roberts έχουν δημιουργήσει ένα μοντέλο σε  υπερυπολογιστές, του εσωτερικού της Γης.

Το λογισμικό τους θερμαίνει τον εσωτερικό πυρήνα, αναδεύει τον μεταλλικό ωκεανό που βρίσκεται πάνω του και υπολογίζει το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται. Τρέχουν τον κώδικά τους που μιμείται μια περίοδο εκατοντάδων χιλιάδων χρόνων και έτσι παρατηρούν τι συμβαίνει.

Αυτό που βλέπουν μιμείται την πραγματική Γη. Βλέπουν το μαγνητικό πεδίο να λιώνει σαν κερί και να εξασθενίζει, τους πόλους να μετακινούνται και, περιστασιακά, να αλλάζουν κατεύθυνση.

Ξέρουν ότι η μεταβολή είναι κάτι το νορμάλ και γι' αυτό δεν έχουν καμία έκπληξη. Η πηγή του πεδίου, ο εξωτερικός πυρήνας, είναι από μόνος του στροβιλώδης, ταραγμένος.

"Υπάρχει κάτι το χαοτικό εκεί κάτω", σημειώνει ο Glatzmaier. "Οι αλλαγές που ανιχνεύουμε στην επιφάνεια του πλανήτη μας είναι ένα σημάδι εκείνου του εσωτερικού χάους".

Έχουν μάθει επίσης τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια μιας μαγνητικής αντιστροφής. Οι αντιστροφές χρειάζονται πολλές χιλιάδες χρόνια για να ολοκληρωθούν, και κατά τη διάρκεια αυτής της εποχής -- αντίθετα με τη λαϊκή πεποίθηση -- το μαγνητικό πεδίο δεν εξαφανίζεται.

"Απλώς γίνεται πιο περίπλοκο", εξηγεί ο Glatzmaier. Οι μαγνητικές γραμμές του πεδίου κοντά στη γήινη επιφάνεια γίνονται πιο στριφτές και μπλεγμένες, και οι μαγνητικοί πόλοι εμφανίζονται σε ασυνήθιστες θέσεις. Ένας Νότιος μαγνητικός πόλος μπορεί να προκύψει πάνω από την Αφρική, παραδείγματος χάριν, ή ένας Βόρειος πόλος πάνω από την Ταϊτή.

Πολύ παράξενο. Αλλά, πρόκειται για ένα πλανητικό μαγνητικό πεδίο και μας προστατεύει ακόμα από τη διαστημική ακτινοβολία και τις ηλιακές καταιγίδες.

Και, ως μπόνους, η Ταϊτή θα μπορούσε να δει και το Βόρειο Σέλας. Σε μια τέτοια εποχή, η δουλειά του γεωφυσικού Larry Newitt θα ήταν διαφορετική. Αντί να κρυώνει στον Καναδά, θα μπορούσε να απολαύσει το θερμό Νότιο Ειρηνικό, πηγαίνοντας από το ένα τροπικό νησί στο άλλο, κυνηγώντας για τους μαγνητικούς πόλους ενώ τα Σέλη θα χορεύουν πάνω του.