Bármikor újra helyet cserélhet észak és dél

2006-02-05

Brandenburg - A tudósok számításai szerint 780 ezer esztendeje hirtelen megfordultak a Föld mágneses mezői, a Déli-sark Északi lett. A geológusok kiszámították, hogy ilyen sarki fordulat félmillió évenként várható. Ami azt jelenti, hogy akár napjainkban is esedékes.

Erre sok bizonyíték van. 170 éve, az első ilyen mérések kezdete óta a mágneses mező tíz százalékkal gyengült. A folyamat jól követhető a brandenburgi erdőben létesített geomágnesesség-megfigyelő obszervatóriumban, amelynek vezetője, Hans-Joachim Linthe heti mérései során további gyengülést regisztrált.

A 3000 kilométer mélyen fekvő külső földmagban örvénylő massza afféle geodinamóként működve hozza létre glóbuszunk mágneses erőterét. Ez vastag gyűrűként veszi körül bolygónkat, megvédi a kozmoszból érkező radioaktív, valamint az ugyancsak veszélyes ibolyántúli sugárzásoktól.

A sarokváltáskor azonban ez a védőgyűrű összeomlik, és idő kell, amíg az ellenkező irányban ismét felépül. Ezalatt vajon apokalipszis fenyegeti a Földet? A pár éve bemutatott A mag című film katasztrofális következményekkel riogatta a mozinézőket, ám a tudomány szerint semmi ok a pánikra. Harald Lesch müncheni asztrofizikus komputer segítségével modellezte a helyzetet, és kiderült, hogy mindössze 15 perc múlva a Föld védőgyűrűje újra létrejöhet. Ez magyarázhatja azt, hogy a 780 ezer éves nagy váltás nem okozott sugárzási károsodást. Egyelőre tehát úgy tűnik, gond nélkül túléljük, ha észak netán hirtelen újra dél lenne.

Valami történik a magban: pólusátfordulásra utaló jelek
	Valami történik odalent a Föld mélyében. Bolygónk mágneses tere az utóbbi években olyan jellemzőket mutat, amit korábban nem tapasztaltunk. Egyes kutatók szerint mágneses pólusátfordulás előtt állunk.

A Föld belső szerkezete. Belülről kifelé: belső mag, külső mag, köpeny, kéreg Bolygónk mágneses tere a földmagban generálódik. A szilárd belső vas-nikkel mag körül áramló anyag - a külső, folyékony mag anyaga - a dinamóhatás elvén alakítja ki a Föld mágneses terét, amely tehát elektromágneses tér (a belső mag a dinamó "állórésze", a külső pedig a "forgórész"). A mágneses tér alapvető fontosságú az élet védelme szempontjából, mivel pajzsként véd bennünket a világűrből érkező, mutációkat okozó részecskeáradattól. A mágneses tér segítségével számos élőlény tájékozódik, s az ember sok navigációs eszközének is ez az alapja. Mágneses pólusátfordulás már számos alkalommal bekövetkezett a földtörténet során. Ilyenkor az északi és a déli mágneses pólus helyet cserél. A jelenség oka és pontos időtartama ismeretlen. A mágneses pólusok - amelyek egyébként nem pontosan esnek egybe a földrajzi pólusokkal -folyamatosan változtatják a helyüket (ún. mágneses pólusvándorlás). Ez a jelenség minden valószínűség szerint végig jellemző volt a földtörténet során, s az utóbbi mintegy 7000 év változásait már viszonylag pontosan követhetjük a kőzetekbe zárt mágnesezhető ásványok vizsgálatával. Az utóbbi évek tapasztalatai szerint a mágneses pólusvándorlás egyre növekvő intenzitást mutat. Az északi mágneses pólus 1904-ben Roald Amundsen mérései szerint még nagyjából ugyanoda esett, ahová John Ross 1831-es, bár kevésbé pontos mérései alapján helyezték. Ezután lassú északi irányú mozgásba kezdett, ám 30 évvel ezelőtt megváltozott a viselkedése és felgyorsult: mintegy négyszer olyan gyorsan mozog, mint a korábbi időszakban. E felgyorsult mozgás mellett a mágneses térerő is változik. David Kerridge, a Brit Geológiai Szolgálat (British Geological Survey) a BBC-nek elmondta: erős bizonyítékok vannak arra vonatkozóan, hogy a mágneses tér intenzitása évszázadonként körülbelül 5%-kal gyengül. Néhány kutató szerint ezek már annak a jelei, hogy a két mágneses pólus helycserére készül, azaz mágneses pólusátfordulás előtt állunk. A jelenlegi legelfogadottabb modell szerint a folyamat a következőképpen zajlik: a mágneses tér ereje fokozatosan csökken, majd teljesen megszűnik, s ez az állapot néhány ezer évig áll fenn. A mágneses tér azután újra generálódik, de fordított polaritással. Jelenlegi mágneses mérések arra utalnak, hogy a földmag Dél-Afrika alatt fekvő régiójában egy fordított mágneses polaritású terület épült fel. A szakértők szerint a kérdés az, hogy tovább növekszik-e, vagy elhal. A Föld mágneses pajzzsal védett bolygó - általában A geológiai minták alapján mágneses pólusátfordulás átlagosan 250 ezer évente történik. Ugyanakkor az utolsó mintegy 750 ezer éve következett be, így most már "bármikor" várható a jelenség. A folyamat azonban minden valószínűség szerint nem hirtelen következik be, hanem a fent említett néhány ezer éves időtartam alatt. Az ősmaradványok vizsgálata szerint ugyanis semmi nem utal arra, hogy a pólusátfordulások hirtelen katasztrófákat jelentettek volna az élet számára. Ha tehát a folyamat megindul, az embernek minden bizonnyal lesz ideje felkészülnie arra az időszakra, amikor bolygónk testét és élővilágát szabadon bombázhatja a kozmikus sugárzás és a napszél.

Miért következik be mágneses pólusváltás? Az elmúlt néhány milliárd év alatt a Föld jónéhány mágneses pólusváltáson ment át – ezt a kőzettani vizsgálatok egyértelműen bizonyítják. Ám, hogy ez a fordulat hogyan is megy végbe, azt csak néhány éve sikerült számítógépen modellezni. Amikor Földünk még izzó, olvadt gömb volt, a fiatal bolygó ásványai lassan elkülönültek. A nehezebb anyagok, mint például a vas és a nikkel, lesüllyedt, és belőlük lett a gömbalakú földmag. A hatalmas belső nyomás megszilárdította a mag mintegy 2500 kilométer átmérőjű fémgömbjét, de a felszínhez közelebb, ahol kisebb volt a nyomás, a vas és a nikkel folyékony maradt. E folyékony külső mag mozgásai gerjesztik a Föld mágneses mezejét. Bolygónk mágneses mezeje „hasznos” képződmény: megvéd bennünket a Nap felől a bolygók és a csillagközi tér felé tartó töltött részecskeáramlás káros hatásaitól, létfontosságú a Föld körül keringő műholdak navigációja szempontjából, és segíti a költöző madarakat is a tájékozódásban. Mágneses pólusváltás átlagosan 200 ezer évente következik be, ám hozzá kell tennünk, hogy a két pólusváltás között eltelt idő széles sávban mozog. A geológiai bizonyítékok szerint bolygónkon utoljára 780 ezer évvel ezelőtt történt. A dinamóhatás számítógépes modellezése A jelenleg érvényes tudományos elméletek szerint a bolygók mágneses terét az úgynevezett dinamóhatás kelti. A dinamóelv lényege földi kísérletekben az, hogy ha egy fémkorong mágneses mezőben pörög, akkor az így keletkezett erő az elektronokat a korong középpontja felé taszítja. Amíg a korong forgásban van, addig az elektronok mozgása – az elektromos áram(lás) –mágneses mezőt indukál, vagyis a mágneses és az elektromos jelenségek egymást gerjesztik, erősítik. Sajnos meggyőződni nem tudunk róla, hogy bolygónk belsejében, 6400 kilométer mélyen valóban ilyen folyamatok zajlanak. Számítógépes szimulációk segítségével azonban közelebb kerülhetünk megértésükhöz. A Los Angelesi Kalifornia Egyetem kutatóinak számítógépes modellje a dinamóelvet leíró fizikai egyenleteken alapul. A számítógép folyamatosan halad az egyenletek megoldásával, az eddigi leghosszabb idő, amit eddig tanulmányozni sikerült mágneses mezőnk múltjából, 500 ezer év volt. Hurrikánszerűen terjednek A modell tanulmányozása közben a kutatók felismerték, hogy a dinamóhatás következtében új mágneses erővonalak keletkeznek, amelyek normálisan a már létező erővonalak irányába állnak fel. Abban a pillanatban azonban, ha bármiféle mozgás, csavar, anomálisa keletkezik a külső magban, az új mágneses erővonalak iránya megváltozik, elindul egy folyamat a pólusváltás irányába. A folyékony külső magban keletkezett instabilitás fokozatosan tovább vándorol, körülbelül egy szélességi fokot évente. A folyamat leginkább a hurrikánok terjedéséhez hasonlítható, ám annál jóval lassúbb. A külső magban keletkezett legtöbb instabilitás átmeneti jellegű, egy idő után elveszti erejét. Néha azonban a körülmények kedvezőek ahhoz, hogy egyre nagyobb és nagyobb legyen. A meglévő mágneses mező ekkor gyengülni kezd. Ha a folyamat a teljes mag körül körbe ér, akkor bekövetkezik a mágneses pólusváltás. A múltban a váltás időtartama kétezer és 11 ezer esztendő között mozgott. Az Egyenlítő környékén relatíve gyors (2000 éves) volt a váltás, a sarkvidékeken hosszabb, ott fordul elő a 11 ezer éves felső határ. A váltás átlagos időtartama egyébként 7000 év, s mindezt harminc különböző helyszínről származó óceáni rétegmintából állapították meg a geológusok. A geofizikusok ma már meg tudják határozni a Föld köpenye és külső magja határán lévő azon pontokat, ahol ezek az instabilitások keletkeznek. A közelmúltban egy ilyen hullámzás keletkezett például az Atlanti-óceán közép-keleti régiójában. Hurrikánhoz hasonlóan az anomália tovább söpört a Karib-szigetek, majd Észak-Amerika felé. A mágneses mezőben bekövetkezett változások több évtizedes követésével kiderül majd, hogy ebből a kis hullámból keletkezik-e valamilyen nagyobb változás. Az instabilitások gyengítik a Föld mágneses mezejét. Ma körülbelül 10-15 százalékkal gyengébb, mint amikor 1845-ben a német matematikus, Karl Friedrich Gauss mérni kezdte.

National Geographic Online Felgyorsult a geomágneses pólus vándorlása   Most, hogy nem találtak eléggé fenyegetõ kisbolygót, a földmágnesség változásával riogatja borzongani szeretõ publikumát a dilettánsan szenzációhajhász bulvársajtó. Azt akarják elhitetni, hogy átfordulóban van a Föld mágneses tere, és az átfordulás idején hosszú ideig semmi sem fog bennünket megvédeni a világûrbõl jövõ sugárzásoktól. Ez, persze, úgy nem igaz, ahogy van. Mi hát az igazság? Annyi igaz, hogy a legutóbbi évek megfigyelései jelentõs változásokat tártak fel a geomágneses tér jellemzõiben, és errõl tudományos kutatók beszámoltak nemrég egy szakmai konferencián. Elõször is, a múlt századhoz képest jelentõsen felgyorsult az északi mágneses pólus régóta jól ismert vándorlása. (A déli mágneses pólus mélyen bent van az Antarktisz kontinentális belsejében. A helyzetérõl nincsenek olyan régi adatok, mint az északiéról, és ma is kevésbé figyelik a helyzetét.) Az északi mágneses pólust elsõként James Ross, a neves sarkkutató érte el 1831-ben, miközben a hajója négy évre befagyott a jégbe. (James Ross nevét az Antarktiszon beltenger, jégpajzs és sziget örökíti meg.) Akkor a mágneses pólus Kanada szárazföldi részéhez közel, abban a tengerszorosban helyezkedett el, amelyet azóta James Ross szorosnak hívunk. 73 évnek kellett eltelnie, hogy másodikként Roald Amundsen ismét elérje a mágneses pólust. Õ azt a Ross-szoros partján, a Boothia-félszigeten találta meg. Majd háromnegyed évszázad alatt mindössze mintegy 50 kilométerrel vándorolt el. Ez a csekély elmozdulás is tudományos bizonyítékot szolgáltatott azonban arra, hogy a mágneses pólus vándorol. A 20. században a vándorlás egyszer csak felgyorsult. 1948-ban már több száz kilométerrel északabbra, a Prince of Wales szigeten találták meg a mágneses sarkot. Ekkor kezdõdött meg a pólus helyének néhány évenkénti rendszeres lokalizálása. 1962-re átjutott az Északnyugati átjárót alkotó tengerszorosok északi oldalára, a Bathurst-szigetre, ahol hosszabban idõzött, még 1972-ben is ezen a szigeten volt. Ezután azonban a vándorlása hirtelen meglódult. A 20. század elsõ háromnegyed részében átlagosan 10 kilométert tett meg évente, a negyedik negyedben azonban 40-et. 1994-ben az Ellef Ringnes szigeten találták, ahol elhagyta a kanadai arktikus archipelágot. 2001-ben már messze kint járt a nyílt Arktikus-óceánon, messze elhagyva a 80. szélességi fokot. Most 600 kilométerre van Resolute Bay városától, amelynek a jelszava: „a világ vége nem Resolute Bayben van, de már ide látszik”. Ha ilyen tempóban vándorol tovább a pólus, néhány évtized alatt Kanadából átjuthat Szibériába. Mit jelent ez Magyarországnak? Azt, hogy a mágneses iránytû másfél évszázadon át szinte változatlan korrekciója elõbb lenullázódhat, majd elõjelet válthat. Amióta Magyarországon az iránytût iskolában tanítják, azóta a földrajzi észak mindig néhány fokkal keletre volt attól az iránytól, ahova a mágneses iránytû mutat. Ha olyan tempóban vándorol tovább a pólus, ahogyan most, akkor hamarosan nyugatra kellhet korrigálni. A tájolókba beépített állandó korrekció helyett évente meg kell majd tudnunk (például az Internetrõl), hogy mennyi az aktuális korrekció. Más problémánk azonban a felgyorsult vándorlásból nem lesz. A másik változás, hogy a 19. század óta mintegy 10%-kal csökkent a Föld mágneses tere. Ettõl sem kell azonban pánikba esnünk. A folyton változó erõsségû geomágneses tér ugyanis jelenleg nagyjából a kétszerese a millió éves átlagnak. A gyengülés tehát csak közeledést jelent a normális állapothoz. Mi a helyzet a földmágneses tér esetleges átfordulásával? A mágneses tér rendszertelen (vagy eddig fel nem ismert rendszerû) idõközönként, átlagosan 300 000 évenként átfordul, vagyis az északi és a déli pólus helyet cserél. Ez legjobban az óceáni hátságok környezetében figyelhetõ meg. Ott ugyanis az egymástól eltávolodó kéreglemezek között folyékony magma tör fel, és megszilárdulásakor abba „belefagy” az éppen aktuális mágneses tér. Felmérve tehát egy keresztszelvényben a kõzetek mágnesezettségét, meghatározható, hogy mikor merre irányult a geomágneses tér. Legutóbb 780 000 éve cseréltek helyet a pólusok, ettõl tehát akár be is következhet már a következõ átfordulás. Csakhogy a közelgõ pólusváltás elõjele nem a mágneses tér gyengülése, hanem a kaotikussá válása lenne. Maga az átfordulás több évezredig is eltarthat. Ha ezalatt nullára csökkenne a mágneses tér, és megszûnne a külsõ sugárzás elleni védelem, akkor néhány százezer évenként kihalna a földi élet. Már ebbõl is látható, hogy nem ez az átfordulás valós forgatókönyve. A mai elképzelés szerint a Föld mágneses terét az olvadt vasötvözetbõl álló külsõ mag mozgása, örvénylése kelti. A mozgás, örvénylés forrása a szilárd belsõ mag forgása és hõátadása. A Kaliforniai Egyetem kutatói számítógépes modellt szerkesztettek a külsõ mag örvénylésére, és a geomágneses tér keletkezésére. A lefuttatott modell szerint az idõnkénti pólusváltás szükségszerû. Ez a szükségszerû váltás azonban nem a mágneses tér elgyengülésén és újra felépülésén keresztül megy végbe. Ehelyett az történik, hogy a nyugalmi periódusokban alapvetõen dipólus jellegû tér bonyolultabbá válik. Kvadropólus, hexopólus, sõt, akár oktopólus jellegû tagok válnak dominánssá, ráadásul ezek a többlet pólusok nem egyenletesen oszlanak el a gömbfelületen. Összevissza jelennek meg és tûnnek el hol déli, hol északi mágneses pólusok a Föld legkülönbözõbb részein, a mágneses tér kaotikussá válik, miközben az intenzitása alig változik, a világûrbõl jövõ részecskesugárzások elleni mágneses pajzs megmarad. Összevissza jelenhet meg sarki fény a legváratlanabb helyeken. A mágneses iránytû teljesen használhatatlanná válik, ez azonban a rohamosan terjedõ GPS korában elviselhetõ. Más észrevehetõ hatása pedig nincs a változásnak. Néhány ezer év múltán azután újra lecsendesedik, dipólussá rendezõdik a Föld mágneses tere, csak akkor már ellenkezõ polaritással. Nem tudhatjuk, mikor köszönt ránk a legközelebbi pólusváltás, egyelõre semmi jele nem látszik, pánikra azonban akkor sincs okunk, ha mégis bekövetkezne. 2003. december 31. Science @ NASA, December 29, 2003, http://science.nasa.gov/headlines/y2003/29dec_magneticfield.htm?list875447 Ezt az oldalt a legelõnyösebben kedvenc böngészõjével olvashatja.   Vissza környezetünk híreinek tartalomjegyzékére Simulations A snapshot of the simulated field of Glatzmaier and Roberts (1995) during normal polarity showing lines of magnetic flux with mainly dipolar character outside the core and tightly wound lines of magnetic flux inside the core. Blue (gold) color indicates field with inward (outward) component. Gary Glatzmaier and Paul Roberts' simulation of the geodynamo is a physically self-consistent model in a 3-D spherical geometry appropriate for the core. It produces a dominantly dipolar field which is quite Earth-like in spatial spectral content, and it is the only one to date that undergoes spontaneous reversals of polarity. We are using paleomagnetic observations to evaluate the simulations and to better understand the behavior of the field and the conditions deep in the Earth that control how it is generated. Geodynamo simulations for eight cases of different imposed patterns of heat flux through the core-mantle boundary. The total heat escaping the core is the same for each case. Solid red (dashed blue) contours denote greater (lesser) heat flux than the mean. Time is in terms of magnetic diffusion time for the core (20,000 yr). Zoom to enlarge. Different field behavior is observed for the various heat flux cases. Some cases reversed frequently (A, C) and one didnÕt reverse at all (E). Case F almost died: the field intensity (dipole moment) dropped close to zero and stayed there. In the others the average intensity ranged from 10 to 75 percent of today's geomagnetic field strength. Case H has heat flux scaled to seismic velocity in the lower mantle revealed by deep-Earth tomography, more heat flowing into higher-velocity mantle where temperature is thought to be lower. The relative spatial-spectral content of the simulations and Earth's geomagnetic field as observed by MAGSAT are similar, though the intensity is lower for all cases. Shown here are the homogeneous (G) and tomographic (H) heat flux cases. Geomagnetism Generation of the Earth's magnetic field Although the Earth's magnetic field resembles that of a bar magnet we must find another explanation for the field's origin. Permanent magnets cannot exist at the temperatures found in the Earth's core. We also know that the Earth has had a magnetic field for hundreds of millions of years. We cannot, however, simply attribute the existence of the present geomagnetic field to some event in the distant past. Magnetic fields decay, and we can show that the existing geomagnetic field would disappear in about 15,000 years unless there were a mechanism to continually regenerate it. Many mechanisms have been postulated to explain how the magnetic field is generated, but the only one that is now considered plausible is analogous to a dynamo, or generator – a devise for converting mechanical energy to electrical energy. To understand how a dynamo would work in the context of the Earth, we need to understand the physical conditions in the Earth's interior. The Earth is composed of layers: a thin outer crust, a silicate mantle, an outer core and an inner core. Both temperature and pressure increase with depth within the Earth. The temperature at the core mantle boundary is roughly 4800o C, hot enough for the outer core to exist in a liquid state. The inner core, however, is solid because of increased pressure. The core is composed primarily of iron, with a small percentage of lighter elements. The outer core is in constant motion, due both to the Earth's rotation and to convection. The convection is driven by the upward motion of the light elements as the heavier elements freeze onto the inner core. Figure 5: Earth's interior The actual process by which the magnetic field is produced in this environment is extremely complex, and many of the parameters required for a complete solution of the mathematical equations describing the problem are poorly known. However, the basic concepts are not difficult. For magnetic field generation to occur several conditions must be met: there must be a conducting fluid; there must be enough energy to cause the fluid to move with sufficient speed and with the appropriate flow pattern; there must be a "seed" magnetic field. All these conditions are met in the outer core. Molten iron is a good conductor. There is sufficient energy to drive convection, and the convective motion, coupled with the Earth's rotation, produce the appropriate flow pattern. Even before the Earth's magnetic field was first formed magnetic fields were present in the form of the sun's magnetic field. Once the process is going, the existing field acts as the seed field. As a stream of molten iron passes through the existing magnetic field, an electric current is generated through a process called magnetic induction. The newly created electric field will in turn create a magnetic field. Given the right relationship between the magnetic field and the fluid flow, the generated magnetic field can reinforces the initial magnetic field. As long as there is sufficient fluid motion in the outer core, the process will continue. In-depth information... 2005-12-31 Important notices