Mi történik velünk, ha megfordulnak a Föld pólusai?

Az iránytűk valójában sosem észak felé mutatnak - már ha az Északi-sark irányát tekintjük északnak. Az előző századfordulón a mágneses északi sark (ami felé néz az iránytű mutatója) még Kanada területén volt. Az ezredfordulókor már Grönland alatt, és jelenleg egyre gyorsulva közelíti Oroszországot. A mozgás sebessége nem elhanyagolható: átlagosan negyven kilométer évente.

Ez nemcsak az iránytűalapú navigációban jelent problémát. A geofizikusok egy része szerint teljesen új alapokra kell helyezni a Föld mágneses terének viselkedését magyarázó elméleteinket, sőt globális változások is elképzelhetők a jövőben. A bolygónk mágneses mezeje ugyanis időnként, nem teljesen értett okból megkergül, és felcserélődik a polaritása. Vagyis az iránytűk egyszer majd dél felé fognak mutatni.

Senki sem tudja, hogy ez mikor fog bekövetkezni, azt meg még kevésbé, hogy milyen következményekkel fog járni ránk, és elektromágneses eszközeinkre. A napszél perzselő sugárzását a Föld mágneses tere pajzsként tartja távol tőlünk.

A mágneses északi sarkon állva az iránytű pontosan lefelé mutat, a Föld középpontja felé. Vele szemben a mágneses déli sark is vándorol, pont ellentétes irányban (csak azzal nem szoktak annyit foglalkozni, mert távol esik az emberek által lakott helyektől). Jelenleg az Antarktisz Viktória-föld nevű térségében tartózkodik.

Geodinamó

Azt a térképészet fejlődése révén viszonylag hamar felismerte az emberiség, hogy az iránytű nem a földrajzi Északi-sark felé mutat. Ennek oka azonban még száz éve is rejtély volt. Einstein a földi mágneses mező eredetét a tudomány egyik legnagyobb misztériumának nevezte. Végül Joseph Larmor ír fizikus oldotta meg a rejtélyt (vagy legalábbis, amint hamarosan kiderül, a rejtély egy részét): a bolygó mágneses terét a mélyben fortyogó és folyamatosan áramló mágnesezhető folyadék - vas - hozza létre. Az állandó áramlás okozza a mágneses pólus vándorlását is. A jelenséget a népszerű irodalom geodinamónak nevezte el.

Azóta az elmélet a tudományos konszenzus alapjává vált. A föld mélyébe sugárzott hanghullámok visszaverődési mintázatait elemezve felfedeztük, hogy a Föld magja két rétegből áll. Belül helyezkedik el a szilárd fémmag, amely a brutális nyomás miatt nem olvad föl, pedig hőmérséklete 6000 Celsius-fok, picit melegebb, mint a Nap felszíne. Körülötte pedig a külső mag, amely főként olvadt vasból áll. Ennek térfogata alig hétszerese a Holdénak.

Az olvadt külső mag kifelé hűl, vagyis sűrűséggrádiens alakul ki benne. Ez azt jelenti, hogy a belső mag környezetében melegebbé, ezáltal könnyebb válik az olvadt fém, ami feláramlik a felszín felé. Ott lehűl, nő a sűrűsége, és visszasüllyed a mélybe. Így állandó áramlási körök jönnek létre benne, az áramlás pedig mágneses mezőt hoz létre.

Probléma megoldva! Ja, mégsem: a Föld ugyanis forog, és ez bezavar a külső mag áramlásába. A sűrűségkülönbség és a forgás eredményeként turbulens áramlás jön létre, ami miatt a bolygó mágneses terének változásai alig előrejelezhetők.

De ha kaotikus turbulenciák taszigálják ide-oda a mágneses északi sarkot, akkor miért nem ugrál percről-percre teljesen kiszámíthatatlanul? Azért, mert szerencsénkre ez a turbulencia lassított felvételként zajlik, és csak tízezer éves időskálán tűnik igazán hektikusnak. Ettől függetlenül, lassan, de biztosan sodródik a pólus arra, amerre kedve tartja, és nem tudjuk, hogy mikor és merre kanyarodik legközelebb.

A stabilizáló belső mag

Pedig nagyon jó volna tudni. Geofizikusok hada dolgozik a mágneses pólus mozgását leíró elméletek fejlesztésén világszerte. Ebben pedig azok a vulkanikus kőzetek vannak segítségükre, amelyekben a mágnesezhető kristályok a korban jellemző mágneses tér irányának, erősségének megfelelően rendeződtek, majd szilárdultak meg.

Ezekből tudjuk, hogy a bolygó mágneses tere folyamatosan változott az elmúlt évmilliók során. Módosult a polaritás iránya és az erőssége, időnként pedig a pólusok helyet cseréltek egymással.

A New York-i Rochesteri Egyetem kutatói egy 565 millió éves kőzet vizsgálata révén jöttek rá arra, hogy képződése idején a Föld mágneses mezeje a mainál tízszer gyengébb volt - a legalacsonyabb érték, amit valaha feljegyeztek. A mágneses mezőt a belső mag létrejötte stabilizálta. Volt idő ugyanis, amikor az egész mag olvadt volt, aztán hőmérséklete csökkenésnek indult. A megszilárduló belső magból a könnyebb elemek a külső magba áramlottak, új lendületet adva az ottani anyagáramlásnak, és ezáltal a mágneses térnek.

A mező ma sem egyenletesen erős a Földön. Vannak helyek, például Zimbabwe térségében, ahol olyan gyenge a mágneses tér, hogy a régió fölött elhaladó műholdakat bajosan képes megvédeni a napszél romboló hatásától. Sőt, találni olyan pontokat Afrika déli részén, ahol

A New Scientistnek nyilatkozó John Tarduno, a Rochesteri Egyetem munkatársa szerint lassan megértjük, hogy ezek az anomáliák a mágneses mező erősségében hogyan jönnek létre, és hogyan vezetnek időnként pólusátforduláshoz. Persze a nagy kérdés magától értetődően az, hogy a mágneses északi sark jelenlegi egyre gyorsuló mozgása vajon az anomáliák erősödését jelzi-e, ami belátható időn belül a sarkok átbillenését eredményezheti.

Tökéletlen modellek

Kizárni nem lehet, bár a tudósok nagy többsége nem számít arra, hogy ez emberi lépték szerint a közeljövőben be fog következni. Egy kutatócsoport a Párizsi Egyetemen és a Dán Műszaki Egyetemen komputermodelleket fejlesztett a mágneses mező jövőbeli viselkedésének jóslására. A modell képes arra, hogy az áramló mágnesezhető folyadék által létrehozott kétpólusú rendszereket hozzon létre, és részlegesen már lehetséges vele a földi mágneses tér szimulálása. De az még a szerzők szerint is messze van, amikor prediktív erejű szimulációkat tudunk futtatni.

A modellünk igen komplex, de közel sem annyira, mint a valóság ott a mélyben. Senkinek sem áll rendelkezésére az a számítási kapacitás, amivel ezt realisztikusan tudnák modellezni

- mondta Gary Glaztmaier, a Kaliforniai Egyetem kutatója. Mások ezért a számítógépes modellek helyett a fizikai modellekre esküsznek. Például egy három méteres, folyékony nátriumot tartalmazó gömbre, amelyet a Marylandi Egyetemen vizsgálnak.

A gömb 20 tonnát nyom, rozsdamentes acélból készült, központjában pedig egy egyméteres átmérőjű vasgömb kering. Ez szimulálja a belső magot, ami körül olvadt nátrium kering. A gömb és a Föld méretkülönbségét kompenzálandó a modell gyorsan forog: a belső mag másodpercenként 15-ször, a külső gömb pedig másodpercenként négyszer. A felületén elhelyezett több tucatnyi magnetométer folyamatosan regisztrálja a létrejövő mágneses tér változásait.

A kísérletben igazolták, hogy az olvadt fémben létrejövő turbulens áramlások képesek stabilizálni a mágneses teret. Viszont egyelőre nem tudtak spontán mágneses teret létrehozni, ehelyett kénytelenek kezdetben kívülről mágnesességet közölni a rendszerrel, amit a forgó gömb utána már fenntart. Ez érezhetően nem az igazi, hiszen eddig nem sikerült igazolni, hogy a Föld mágneses tere a semmiből is létrejöhetett, csupán a fémáramlás hatására.

A feltételezések szerint a spontán mágneses mező kialakulásához szükség volt egy másik erőre, amely a forgó Földet kibillentette az egyensúlyából - például a Hold gravitációjára. Bár a marylandi gömböt nem tudják így billegtetni, egy továbbfejlesztett eszköz, amelyet a drezdai Helholtz Kutatóközpontban terveznek beindítani, két tengely mentén tud majd forogni. Ez a Dresdyn-kísérlet, amelyet a Drezda és a dinamó szavak összevonásával neveztek el. Az elméleti számítások szerint ebben már létre kell jönnie a spontán mágneses térnek.

A kísérlet nem lesz veszélytelen, hiszen nyolc tonna olvadt nátrium forgatásáról van szó. A nátriumot tartalmazó hengeres tartály a hosszanti tengelye mentén másodpercenként tízszer, az ettől - a Föld viszonyait utánzó - 23,5 fokban eltérő tengely mentén pedig másodpercenként egyszer fog forogni. A kísérletek közben senki sem fog az épületben tartózkodni, azt távolról irányítják majd.

A kutatók szerint mindenképpen szükség van e monumentális kísérleti eszközökre, hiszen alapvető érdekünk, hogy megértsük a földi mágneses mező viselkedését. Extrém esetben akár az is előfordulhat, hogy a Föld elveszíti mágneses terét, ahogy történt az a Marssal 4 milliárd évvel ezelőtt. Ez elég negatív hatást gyakorolna a belvárosi ingatlanárakra, hiszen ezután a Föld nagyjából annyira lenne lakható, mint a mai Mars.

(Borítókép: Dél-Afrika és az Antarktisz az űrből. Fotó: Universal History Archive / Getty Images Hungary)