Līdsas Yon Mound un Phil Livermore universitātes ģeofiziķi uzskata, ka pēc pāris tūkstošiem gadu notiks Zemes magnētiskā lauka inversija. Britu zinātnieki savus atklājumus iepazīstināja ar The Conversation kolonnu. "Lenta.ru" sniedz galvenās autoru tēzes un izskaidro, kādēļ ģeofiziķiem, visticamāk, ir taisnība.
Magnētiskais lauks aizsargā Zemi no bīstama kosmiskā starojuma, novirzot uzlādētās daļiņas prom no planētas. Tomēr šis spēka lauks nav pastāvīgs. Visā planētas vēsturē ir bijuši vismaz vairāki simti magnētiskā lauka apgriezienu, kad ziemeļu un dienvidu magnētiskie stabi tika apmainīti.
Polaritātes maiņas procesā planētas magnētiskais lauks iegūst sarežģītu formu un vājina. Šajā periodā tā vērtība var samazināties līdz desmit procentiem no sākotnējās vērtības un tajā pašā laikā neveidojas divi stabi, bet gan vairāki, ieskaitot, piemēram, pie ekvatora. Vidēji magnētiskā lauka apgriezieni notiek reizi miljonā gadā, bet intervāls starp apgriezieniem nav konstants.
Papildus ģeomagnētiskajiem apgriezieniem Zemes vēsturē notika arī nepilnīgi apgriezieni, kad magnētiskie stabi pārcēlās uz zemiem platuma grādiem, līdz ekvatora krustojumam un pēc tam atgriezās. Pēdējo reizi ģeomagnētiskais pagrieziens, tā sauktā Brunes-Matuyama parādība, notika apmēram pirms 780 tūkstošiem gadu. Pagaidu apgrieziens - Lashampas notikums - notika pirms 41 tūkstoša gadu un ilga mazāk nekā tūkstoš gadus, kura laikā planētas magnētiskā lauka virziens faktiski mainījās apmēram 250 gadus.
Zeme no orbītas
Foto: Stjuarts Rankins / Flikrs
Izmaiņas magnētiskajā laukā inversijas laikā vājina planētas aizsardzību no kosmiskā starojuma un palielina radiācijas līmeni uz Zemes. Ja šodien notiktu ģeomagnētiskā maiņa, tas dramatiski palielinātu Zemes tuvumā esošo satelītu, aviācijas un uz zemes esošās elektriskās infrastruktūras darbības risku. Ģeomagnētiskās vētras, kas notiek ar strauju saules aktivitātes palielināšanos, dod zinātniekiem iespēju novērtēt draudus, ar kuriem planēta var saskarties, pēkšņi novājinot tās magnētisko lauku.
Reklāmas video:
2003. gadā saules vētra izraisīja enerģijas pārtraukumus Zviedrijā un prasīja izmaiņas gaisa ceļojumu maršrutos, lai izvairītos no īslaicīgiem tīkla traucējumiem un samazinātu radiācijas risku satelītiem un zemes infrastruktūrai. Bet šī vētra tiek uzskatīta par nenozīmīgu salīdzinājumā ar Karringtonas notikumu - 1859. gada ģeomagnētisko vētru, kad auroras notika pat Karību jūras salu tuvumā.
Tikmēr joprojām nav skaidrs, kā konkrētā ietekme, ko liela vētra varētu radīt mūsdienu elektroniskajai infrastruktūrai. Protams, mēs varam teikt, ka ekonomiskais kaitējums, ko rada elektrības padeves pārtraukumi, apkures sistēmas, gaisa kondicionēšana, ģeogrāfiskā atrašanās vieta un internets, būs ļoti ievērojams: tikai aptuveniem aprēķiniem tiek lēsts, ka tas ir vismaz 40 miljardi USD dienā.
Arī tiešo ietekmi, ko magnētiskā lauka inversija radīs uz dzīvām būtnēm un cilvēkiem, ir grūti paredzēt: mūsdienu cilvēks visā savas pastāvēšanas vēsturē nav saskāries ar šādu notikumu. Ir pētījumi, kas mēģina saistīt ģeomagnētiskos apgriezienus un vulkāna aktivitāti ar masveida izmiršanu. Tomēr Mound un Livermore atzīmē, ka vulkānisma aktivitāte nav manāma, tāpēc, visticamāk, cilvēcei būs jāsaskaras tikai ar elektromagnētiskiem efektiem.
Zemes magnētiskais lauks 500 gadus pirms apvērses (saskaņā ar superdatora modelēšanu)
Attēls: GA Glatzmaier
Zemes magnētiskais lauks tūlīt pēc apgriešanas (pēc superdatora modelēšanas)
Attēls: GA Glatzmaier
Zemes magnētiskais lauks pēc 500 gadu apgrieziena (pēc superdatora modelēšanas)
Attēls: GA Glatzmaier
Ir zināms, ka daudzām dzīvnieku sugām ir sava veida magnetorecepcija, kas ļauj izjust izmaiņas Zemes magnētiskajā laukā. Dzīvnieki izmanto šo funkciju, lai pārvietotos ilgstošas migrācijas laikā. Pagaidām nav skaidrs, kādu ietekmi uz šādām sugām atstās ģeomagnētiskais apgrieziens. Ir zināms tikai tas, ka senajiem cilvēkiem izdevās veiksmīgi izdzīvot Lashampas notikumu, un dzīve uz planētas visā tās pastāvēšanas vēsturē simtiem reižu ir piedzīvojusi pilnīgu ģeomagnētiskā lauka apvērsumu.
Divi apstākļi - Brunes-Matuyama parādības vecums un novērotā Zemes ģeomagnētiskā lauka vājināšanās par apmēram pieciem procentiem gadsimtā - piesardzīgi liek domāt, ka nākamajos divtūkstoš gados var notikt apgriezieni. Precīzākus datumus ir grūti nosaukt. Planētas magnētisko lauku rada šķidrs dzelzs-akmens kodols, kas pakļaujas tiem pašiem fizikas likumiem kā hidrosfēra un atmosfēra.
Tikmēr cilvēce ir iemācījusies prognozēt laika apstākļu izmaiņas tikai dažas dienas uz priekšu. Attiecībā uz kodolu, kas atrodas apmēram trīs tūkstošu kilometru dziļumā no Zemes virsmas, situācija ir daudz sarežģītāka - galvenokārt ārkārtīgi ierobežotās informācijas dēļ par struktūru un procesiem, kas notiek planētas iekšienē. Zinātnieku rīcībā ir aptuvena informācija par kodola sastāvu un struktūru, kā arī uz zemes bāzētu ģeofizisko observatoriju un orbītā esošo pavadoņu globālais tīkls, kas var izmērīt izmaiņas ģeomagnētiskajā laukā un tādējādi izsekot Zemes kodola kustībai.
Par planētas kodolu nav īsti zināms. Piemēram, tikai nesen japāņu zinātnieki laboratorijas eksperimentos, kas imitē apstākļus Zemes iekšienē, ir ticami konstatējuši, ka tā trešā galvenā sastāvdaļa ir silīcijs: tas veido apmēram piecus procentus no Zemes kodola masas. Pārējās akcijas ir dzelzs (85 procenti) un niķeļa (10 procenti) akcijās. Kā parasti šādos gadījumos, palika trešā elementa alternatīvās hipotēzes atbalstītāji, kuri uzskata, ka tas nav silīcijs, bet gan skābeklis.
Mercury krāsu karte
Foto: NASA Goddard kosmisko lidojumu centrs / Flickr
Mazi zinātnieki zina par planētas mantijas struktūru. Tikai pirms trim gadiem kļuva ticami zināms, ka pārejas slānī starp augšējo un apakšējo mantiņu 410–660 kilometru dziļumā ir plašas ūdens rezerves. Pēc tam šie dati tika atkārtoti apstiprināti. Turpmāka analīze parādīja, ka ūdeni var saturēt arī zemākajos slāņos aptuveni tūkstoš kilometru dziļumā. Bet pat šajā gadījumā nav zināms, vai tas ir izkliedēts visā slānī vai aizņem tikai noteiktus vietējos apgabalus.
Kāpjot augstāk, zinātnieki saskaras ar vēl vienu problēmu - litosfēras plākšņu tektonikas raksturu un izcelsmi. Stingri sakot, Zeme tiek uzskatīta par vienīgo planētu Saules sistēmā, kur ir tektonika, bet joprojām neviens nezina, kad un kāpēc tā radusies. Atbildēšana uz šiem jautājumiem ļautu mums izsekot kontinentu pagātnei un nākotnei - it īpaši pašreizējam Vilsona cikla posmam. Zinātnieki provizoriskos datus vēlreiz iepazīstināja specializētā konferencē, kas notika 2016. gadā.
Planētas magnētiskā lauka raksturs ir lielākā ģeofizikālā problēma. Ir ticami zināms, ka papildus Mercury, Zemei un četriem gāzes milžiem, Ganimēdei, lielākajam Jupitera satelītam, ir arī magnetosfēra, taču tas, kā planēta atbalsta savu magnetosfēru, ir ļoti maz zināms. Līdz šim zinātnieku rīcībā ir praktiski vienīgā ģeodinamo teorija. Saskaņā ar šo teoriju planētas zarnās ir metāla serde ar cietu centru un šķidru apvalku. Radioaktīvo elementu sabrukšanas dēļ izdalās siltums, kas noved pie vadoša šķidruma konvektīvo plūsmu veidošanās. Šīs strāvas rada planētas magnētisko lauku.
Kaut arī ģeodinamo teorija ir praktiski neapstrīdama, tā rada lielas grūtības. Saskaņā ar klasisko magnetohidrodinamiku dinamo efektam vajadzētu samazināties, un planētas kodols vajadzētu atdzist un sacietēt. Joprojām nav precīzas izpratnes par mehānismiem, kuru dēļ Zeme uztur dinamo pašģenerācijas efektu kopā ar novērotajām magnētiskā lauka iezīmēm, galvenokārt ģeomagnētiskajām anomālijām, migrāciju un polu pagriešanu.
Nesenais dzelzs strūklas atklājums Zemes kodolā, kā atzīmēja Mounds un Livermors, liecina par zinātnes pieaugošajām spējām, pētot planētas iekšpusē notiekošo procesu dinamiku. Strūkla izveidojās Zemes šķidrajā ārējā kodolā apgabalā, kas atrodas zem ziemeļpola. Objekta platums šobrīd ir 420 kilometri. Lidmašīna ir sasniegusi šādus izmērus kopš 2000. gada, katru gadu palielinot platumu līdz 40 kilometriem.
Ģeofiziķi uzskata, ka viņu atklātā dzelzs strūkla ir viens no objektiem, kas rada Zemes magnētisko lauku. Kombinācijā ar skaitliskām metodēm un laboratorijas eksperimentiem, šim un citiem atklājumiem, pēc ekspertu domām, vajadzētu ievērojami paātrināt progresu šajā ģeofizikas jomā. Iespējams, norāda Mounds un Livermors, ka zinātnieki drīz varēs paredzēt Zemes kodola uzvedību.
Jurijs Sukhovs