Kas nutiktų, jeigu Žemės magnetinis laukas išnyktų?

O kas nutiktų, jeigu magnetinis laukas išnyktų? Staiga, visiškai netikėtai. Rytoj.

Visų pirma, Žemę pradėtų intensyviai bombarduoti krūvį turinčių Saulės dalelių lietus. Dėl to elektros tinklai ir palydovai pradėtų veikti su pertrūkiais, o žmones veiktų intensyvesnė ultravioletinė spinduliuotė, galinti sukelti vėžinius susirgimus. Kitaip tariant, magnetinio lauko išnykimas sukeltų rimtų nemalonių padarinių, tačiau toks trūkumas nebūtinai taptų apokalipsės priežastimi – na, bent jau ne trumpuoju laikotarpiu.

Ir tai nėra bloga žinia, nes jau daugiau nei šimtmetį magnetinis laukas iš tiesų silpsta. Jau dabar esama itin silpnų magnetinio lauko taškų – pavyzdžiui, Pietų Atlanto anomalija – kurie kelia problemas žema orbita skriejantiems palydovams.

Bet pirmas dalykas, kurį iš tiesų turėtume žinoti apie magnetinį lauką, yra tas, jog net jam nusilpus jis visiškai neišnyks – bent jau ne kelis artimiausius milijardų metų. Žemės magnetinį lauką generuoja skystas išorinis branduolys, daugiausiai sudarytas iš geležies ir nikelio. Išorinio branduolio judėjimą lemia šiluminė konvekcija. Šio proceso metu vidinis branduolys auga ir kietėja (maždaug milimetro per metus greičiu), sakė Ročesterio universiteto (JAV) geofizikas Johnas Tarduno.

Šis magnetinio lauko generatorius, dar vadinamas dinama, sukasi jau milijardus metų. Mokslininkai mano, jog dabartinė branduolio konfigūracija galėjo nusistovėti prieš maždaug 1,5 mlrd. metų – bent jau tokius duomenis pateikia 2015 metais publikuotas mokslinis darbas, kuriuo nustatyta, jog būtent prieš tokį ilgą periodą įvyko magnetinio lauko stiprumo šuoliai. Bet J.Tarduno su kolegomis nustatė, kad Žemės magnetinis laukas jau egzistavo prieš 4,2 mlrd. metų – įrodymus jie rado pačiuose seniausiuose mokslininkų randamuose mineraluose (cirkoniuose). Tai yra ženklas, kad branduolio aktyvumas magnetinį lauką palaiko jau labai ilgai, beveik nuo pat Žemės atsiradimo.

Mokslininkai negali pasakyti, kas tiksliai „užkūrė“ dinamą, sakė J.Tarduno. Bet matoma, jog pagrindinis impulsas galėjo būti galingas planetinis susidūrimas, dėl kurio atsirado ir mėnulis. Šis susidūrimas, įvykęs praėjus maždaug 100 mln. metų po Žemės susiformavimo, galėjo supurtyti visą ligtolinį planetos branduolio susisluoksniavimą. Galite įsivaizduoti taip: buvo smarkiai supurtytas planetos dydžio butelis, kuriame buvo sluoksniais atsiskyrę vanduo ir aliejus. Po tokio susidūrimo galėjo prasidėti konvekciniai procesai, iki šiol varantys Žemės dinamą.

Manoma, kad ilgainiui vidinis branduolys užaugs tiek, kad išorinio branduolio konvekcija taps nebeefektyvi ir magnetinis laukas „išsijungs“. Tačiau tai nutiks taip negreitai, kad nėra prasmės dėl to kvaršinti sau galvą.

„Kalba eina apie milijardų metų trukmės laikotarpį“, – sakė J.Tarduno.

Silpnėjantis magnetinis laukas

Kur kas aktualesnė žinia žmonėms yra tai, jog magnetinis laukas nuolat silpsta. Mokslininkai jo stiprumą tiesiogiai matuoja pastaruosius 160 metų – magnetinėmis observatorijomis ir palydovais. Tačiau jiems sunku pasakyti, ar šis silpnėjimas yra tik „fazė“, kokių yra pasitaikę anksčiau bei kokia kryptimi šis laukas keisis ateityje. Dabar magnetinis laukas yra apie 80 proc. dipolinis. Tai, anot J.Tarduno, reiškia, jog jis veikia beveik kaip pailgas magnetas. Jeigu apie Žemę paskleistumėte geležies drožlių (ir pašalintumėte Saulės, nuolat skleidžiančios krūvį turinčių dalelių srautą, vadinamą Saulės vėju ir kedenantį magnetinį lauką, kaip kad vėjas kedena ilgus plaukus), gautumėte aiškiai matomas magnetinio lauko linijas, besidriekiančias tiesiai nuo magnetinio pietų ašigalio link magnetinio šaurės ašigalio. Tačiau 20 proc. magnetinio lauko yra nedipolinio. O tai šiek tiek komplikuoja situaciją: magnetiniame lauke esama lokalių variacijų.

Praeityje magnetinis laukas yra persivertęs – šiaurė susikeitė vietomis su pietumis. Paskutinis toks persivertimas įvyko prieš 780 tūkst. metų – maždaug tada, kai žmogaus protėviai pradėjo vaikščioti ant dviejų kojų ir išsivystė Homo erectus rūšis. Paprastai prieš magnetinio lauko persivertimą įvyksta jo silpnėjimas, tad mokslininkams tenka kelti klausimą, ar iš tiesų artimiausiu metu įvyks dar vienas persivertimas. Tačiau magnetinis laukas gali nusilpti ir vėl sustiprėti be jokio persivertimo – toks reiškinys yra vadinamas ekskursija.

J.Tarduno su kolegomis nustatė, kad po Pietų Afrika išoriniame branduolyje yra keistas sūkurys, kuris gali būti dalinė susilpnėjusio magnetinio lauko priežastis. Panašu, kad būtent šis sūkurys yra ir Pietų Atlanto anomalijos priežastis – ši anomalija yra gerai žinoma magnetinio lauko „silpnoji vieta“, kuri driekiasi maždaug 300 km atstumu, nuo Brazilijos rytinės dalies per didesniąją Pietų Amerikos dalį. Pietų Atlanto anomalija Žemės paviršiuje iš esmės nėra juntama, tačiau apie Žemę besisukantys palydovai toje vietoje būna stipriau bombarduojami Saulės dalelių, o astronautai, kurie per tą regioną praskridinėjo Tarptautinėje kosminėje stotyje, nurodė, kad būtent ten stebėjo „krentančių žvaigždžių fenomeną“, kuris, kaip manoma, buvo sukeltas santykinai didelio radiacijos kiekio, neįprasto tokiai Žemei artimai orbitai.

Žemė be magnetinio lauko

J.Tarduno su kolegomis įtaria, kad mantijos variacijos po Pietų Afrika galėjo būti ir praeities magnetinio lauko persivertimo šaltinis. Bet gera žinia ta, kad net jeigu laukas ir silpsta ar ruošiasi apvirsti, jis neišnyks: nėra jokių įrodymų, kurie parodytų, jog persivertimo metu magnetinis laukas bent trumpam visiškai išnyktų.

„Net jeigu magnetinis laukas apsivers, kažkiek magnetinio lauko liks. Tiesiog tai bus labai silpnas magnetinis laukas“, – sakė J.Tarduno.

Bet kaip atrodytų pasaulis esant tokiam minimalaus stiprumo magnetiniam laukui? Na, pradžiai – nebeveiktų jūsų kompasai. „Jie tiesiog rodytų į stipriausio magnetinio lauko pusę. Tai gali būti labai jums artimas taškas, o gali būti ir labai tolimas“, – sakė J.Tarduno.

Šiaurės ir pietų pašvaistės būtų matomos žemesnėse platumose, nes šie padangių šviesų šou yra matomi dėl Saulės išmetamų krūvį turinčių dalelių sąveikos su Žemės magnetosfera. Šiuo metu pašvaistės yra matomos arti ašigalių ir apytiksliai jų linijų kryptis atitinka Žemės magnetines linijas. Magnetiniam laukui nusilpus dalelės galėtų prasiskverbti giliau į atmosferą ir nušviestų dangų arčiau pusiaujo.

Pietų Atlanto anomalijos sudaromos sąlygos palydovams taptų labiau įprastomis aplink visą Žemės rutulį, dėl ko dažniau tektų susidurti su techniniais nesklandumais. Saulės dalelės gali sutrikdyti elektronikos įrenginius – paveikti pavienius informacijos bitus ir sukelti vadinamuosius „vieno įvykio trikdžius“ (single-event upset, SEU). Kai Saulės dalelės sąveikautų su krūvį turinčiu Žemės atmosferos sluoksniu (jonosfera), jos galėtų išmušti elektronus iš savų molekulinių orbitų. Šie laisvieji elektronai vėliau galėtų trikdyti didelio dažnio radijo bangų signalus, naudojamus komunikacijose.

Sąveika tarp Saulės vėjo ir Žemės atmosferos taip pat gali ilgainiui prakiurdyti ozono sluoksnį, tvirtina J.Tarduno. O tai savo ruožtu padidintų planetos paviršių pasiekiančių ultravioletinių spindulių kiekį ir padidintų odos vėžinių susirgimų riziką.

„Nors tai tikriausiai nebūtų absoliučiai katastrofiška gyvybei, be magnetinio lauko UV spinduliuotės dozės paviršiuje būtų gerokai didesnės“, – sakė Karalienės Marijos universiteto (JK) kosmoso plazmos fizikas Martinas Archeris.

Mokslininkai neturi daug informacijos apie tai, kaip magnetinio lauko stiprumo svyravimai istoriškai paveikdavo Žemės gyvybę. Bet neabejojama, kad magnetinis laukas paveikė Žemės paviršiaus formavimąsi, saugojo trapią Žemės atmosferą, kad jos nenupūstų nuolatinė Saulės vėjo jėga, tvirtino M.Archeris.

Magnetinis laukas nėra būtina atmosferos egzistavimo sąlyga – štai Venera magnetinio lauko neturi, bet turi labai tankią, nors žemiškai gyvybei ir nedraugišką atmosferą. Tačiau neabejojama, kad magnetinis laukas yra atmosferos sluoksnio išorinė apsauginė skraistė. Pavyzdžiui, Marsas kadaise magnetinį lauką turėjo, bet prarado jį prieš maždaug 4 mlrd. metų. Dėl to jis iki šiol neteko praktiškai visos savo atmosferos. O jeigu kokiu nors būdu pavyktų Mėnulyje sukurti atmosferą, panašią į Žemės, Saulės vejas ją nupūstų vos per šimtmetį, tikina M.Archeris.