Геофизиците от университета в Лийдс Йон Моунд и Фил Ливърмор вярват, че след няколко хиляди години ще има инверсия на магнитното поле на Земята. Британските учени представиха своите открития в колона на „Разговор“. „Lenta.ru“предоставя основните тези на авторите и обяснява защо геофизиците най-вероятно са прави.
Магнитното поле предпазва Земята от опасно космическо излъчване чрез отклоняване на заредени частици далеч от планетата. Това силово поле обаче не е постоянно. В цялата история на планетата е имало най-малко няколкостотин обръщания на магнитното поле, когато се разменят северният и южният магнитни полюси.
В процеса на обръщане на полярността магнитното поле на планетата придобива сложна форма и отслабва. През този период стойността му може да спадне до десет процента от първоначалната му стойност и в същото време не се образуват два полюса, а няколко, включително например в екватора. Средно обръщането на магнитното поле се случва веднъж на всеки милион години, но интервалът между обръщанията не е постоянен.
В допълнение към геомагнитните обръщания, в историята на Земята са възникнали непълни обръщания, когато магнитните полюси са се премествали на ниски ширини, до пресечната точка на екватора и след това са се връщали обратно. Последният път, когато геомагнитното обръщане, така нареченият феномен на Брунес-Матуяма, се е случило преди около 780 хиляди години. Временно обръщане - събитието Лашамп - се случи преди 41 хиляди години и продължи по-малко от хиляда години, по време на което посоката на магнитното поле на планетата действително се промени за около 250 години.
Земя от орбита
Снимка: Stuart Rankin / Flickr
Промените в магнитното поле по време на инверсия отслабват защитата на планетата от космическо излъчване и увеличават нивото на радиация на Земята. Ако геомагнитното обръщане се случи днес, това ще увеличи драстично рисковете за експлоатацията на околоземни спътници, авиация и наземна електрическа инфраструктура. Геомагнитните бури, които се случват с рязко увеличаване на слънчевата активност, дават възможност на учените да оценят заплахите, с които може да се изправи планетата, когато магнитното й поле рязко отслаби.
Промоционално видео:
През 2003 г. слънчева буря предизвика прекъсване на електрозахранването в Швеция и наложи промени в маршрутите за въздушно пътуване, за да се избегнат временни прекъсвания на мрежата и да се намалят радиационните рискове за спътници и наземна инфраструктура. Но тази буря се счита за незначителна в сравнение със събитието в Карингтън - геомагнитната буря от 1859 г., когато полярните острови са се появили дори в околностите на Карибските острови.
Междувременно, все още не е ясно конкретното въздействие, което може да има голяма буря върху електронната инфраструктура. Със сигурност можем да кажем, че икономическите щети от прекъсване на тока, отоплителни системи, климатици, геолокация и интернет ще бъдат много значителни: само по груби оценки, той се оценява на поне 40 милиарда долара на ден.
Директното въздействие, което инверсията на магнитното поле ще окаже върху живите същества и хората, също е трудно да се предвиди: съвременният човек в цялата история на своето съществуване не е срещал подобно събитие. Има изследвания, които се опитват да свържат геомагнитните обръщания и вулканичната активност с масовите изчезвания. Въпреки това, Моунд и Ливърмор отбелязват, че няма забележимо активиране на вулканизма, така че най-вероятно човечеството ще трябва да се занимава изключително с електромагнитни ефекти.
Земното магнитно поле 500 години преди обръщането (според суперкомпютърното моделиране)
Изображение: GA Glatzmaier
Магнитното поле на Земята веднага след обръщането (според суперкомпютърно моделиране)
Изображение: GA Glatzmaier
Магнитното поле на Земята след 500 години обръщане (според суперкомпютърно моделиране)
Изображение: GA Glatzmaier
Известно е, че много видове животни имат някаква форма на магнитоприемане, което им позволява да усетят промените в магнитното поле на Земята. Животните използват тази функция за навигация по време на дълги миграции. Все още не е ясно какъв ефект ще окаже геомагнитното обръщане на такива видове. Известно е само, че древните хора успяват успешно да оцелеят на събитието Лашамп и животът на планетата през цялата история на нейното съществуване се е сблъсквал с пълни обрати на геомагнитното поле стотици пъти.
Две обстоятелства - възрастта на феномена Брунес-Матуяма и наблюдаваното отслабване на геомагнитното поле на Земята с около пет процента на век, подсказват предпазливо, че инверсия може да се случи в рамките на следващите две хиляди години. Трудно е да се назоват по-точни дати. Магнитното поле на планетата се генерира от течно желязо-каменно ядро, което се подчинява на същите закони на физиката като хидросферата и атмосферата.
Междувременно човечеството се е научило да прогнозира промените във времето само няколко дни напред. В случая на ядрото, разположено на дълбочина около три хиляди километра от земната повърхност, ситуацията е много по-сложна - преди всичко поради изключително оскъдната информация за структурата и процесите, протичащи във вътрешността на планетата. Учените разполагат с приблизителна информация за състава и структурата на ядрото, както и глобална мрежа от наземни геофизични обсерватории и орбитни спътници, които могат да измерват промените в геомагнитното поле и по този начин да проследяват движението на земното ядро.
За ядрото на планетата наистина не се знае много. Например едва наскоро японски учени при лабораторни експерименти, симулиращи условията вътре в Земята, надеждно установяват, че третият му основен компонент е силиций: той представлява около пет процента от масата на земното ядро. Други акции са в желязо (85 процента) и никел (10 процента). Както обикновено в такива случаи остават привържениците на алтернативната хипотеза на третия елемент, които смятат, че не става въпрос за силиций, а за кислород.
Цветна карта на Меркурий
Снимка: Център за космически полети на NASA Goddard / Flickr
Малки учени знаят за структурата на мантията на планетата. Само преди три години стана надеждно известно, че в преходния слой между горната и долната мантия, на дълбочина 410-660 километра, има огромни запаси от вода. Впоследствие тези данни бяха многократно потвърждавани. Допълнителен анализ показа, че водата може да се съдържа и в подлежащите слоеве, на дълбочина около хиляда километра. Но дори и в този случай не се знае дали той е разпръснат в целия слой или заема само определени локални зони.
Изкачвайки се по-високо, учените са изправени пред друг проблем - естеството и произхода на тектониката на литосферните плочи. Строго погледнато, Земята се счита за единствената планета в Слънчевата система, където има тектоника, но все още никой не знае кога и защо е възникнала. Отговарянето на тези въпроси би ни позволило да проследим миналото и бъдещето на континентите - по-специално, сегашния етап на цикъла на Уилсън. Учените представиха предварителните данни отново на специализирана конференция, проведена през 2016 г.
Природата на магнитното поле на планетата е най-големият геофизичен проблем. Надеждно е известно, че освен Меркурий, Земята и четири газови гиганта, Ганимед, най-големият спътник на Юпитер, също има магнитосфера, но как планетата поддържа собствената си магнитосфера е много малко известна. На разположение на учените до момента има практически единствената теория за геодинамо. Според тази теория в недрата на планетата е метално ядро с твърд център и течна обвивка. Поради разпадането на радиоактивни елементи се отделя топлина, което води до образуването на конвективни потоци от проводима течност. Тези течения генерират магнитното поле на планетата.
Въпреки че теорията за геодинамо практически е безспорна, това създава големи трудности. Според класическата магнитохидродинамика, ефектът на динамо трябва да се разпадне, а ядрото на планетата да се охлади и да се втвърди. Все още няма точно разбиране на механизмите, поради които Земята поддържа ефекта на динамо самогенериране заедно с наблюдаваните характеристики на магнитното поле, преди всичко геомагнитни аномалии, миграция и обръщане на полюсите.
Неотдавнашното откритие на желязна струя в земното ядро, както отбелязват Моунд и Ливърмор, свидетелства за нарастващите възможности на науката при изучаване на динамиката на процесите, протичащи във вътрешността на планетата. Струя се е образувала в течното външно ядро на Земята в района, разположен под Северния полюс. В момента ширината на обекта е 420 километра. Самолетът достига такива размери от 2000 г. насам, като всяка година се увеличава в ширина до 40 километра.
Геофизиците смятат, че желязната струя, която са открили, е един от обектите, които създават магнитното поле на Земята. В комбинация с числени методи и лабораторни експерименти, това и други открития, според експертите, трябва значително да ускорят напредъка в тази област на геофизиката. Възможно е, Моунд и Ливърмор посочват, че учените скоро ще могат да предвидят поведението на земното ядро.
Юрий Сухов