Przebiegunowanie Ziemi

Zmiany biegunowości Ziemi w okresie ostatnich 5 (lewa skala) i 169 milionów lat (prawa skala). Obszary zaczernione to okresy, w których biegunowość była taka jak obecnie, białe – przeciwna.

Przebiegunowanie Ziemi – proces, w którym następuje odwrócenie kierunku ziemskiego pola magnetycznego (zamiana północnego bieguna geomagnetycznego z południowym). Jego wielokrotne zachodzenie w historii Ziemi stwierdzono doświadczalnie w drugiej połowie XX w., m.in. na podstawie wykonanych przez Allana V. Coxa badań resztkowego magnetyzmu skał płyt oceanicznych, zmierzających do weryfikacji hipotezy Wegenera.

Badanie zjawiska

Kierunek i natężenie pola magnetycznego panujące w przeszłości określa się na podstawie kierunku pola magnetycznego w skałach. Skały magmowe zawierające minerały ferromagnetyczne w czasie stygnięcia w momencie spadku temperatury poniżej temperatury Curie przyjmują kierunek namagnesowania zgodny z ziemskim polem magnetycznym. Po zmianie kierunku zewnętrznego pola magnetycznego, w wyniku zjawiska namagnesowania szczątkowego, kierunek namagnesowania ferromagnetyków pozostaje. Również skały osadowe mogą zapisywać kierunek pola, gdy w osadzie znajdują się drobiny o właściwościach magnetycznych. Zostają one unieruchomione, orientując się zgodnie z kierunkiem pola, gdy skała ulega konsolidacji.

Przebiegunowania w przeszłości

Zmiany biegunów Ziemi są zdarzeniami losowymi – następowały po sobie w odstępach od 10 tysięcy do nawet 50 milionów lat. Średnio zdarzają się co około 250 tysięcy lat, a ostatnie miało miejsce około 780 tysięcy lat temu. Podczas procesu przebiegunowania pole magnetyczne Ziemi nie zanika zupełnie, jednak staje się dużo bardziej skomplikowane niż to obserwowane obecnie (niedipolowe) i jest dużo słabsze. Umieszczony w nim kompas mógłby wskazywać różne kierunki w zależności od jego położenia na powierzchni Ziemi oraz od formy przejściowego pola magnetycznego w jego otoczeniu.

Przebiegunowanie jest procesem trwającym od 1000 do 10 tysięcy lat, jednakże niektóre dane wskazują, że około 16 mln lat temu biegun północny przez krótki czas przemieszczał się z prędkością nawet 3° dziennie.

Na podstawie badań paleomagnetycznych skonstruowano skalę inwersji dla ostatnich 5 mln lat, mniej dokładną dla kenozoiku i górnej kredy oraz przybliżoną dla mezozoiku i paleozoiku.

W dziejach Ziemi były okresy, kiedy przebiegunowanie następowało stosunkowo często, jak w kenozoiku, oraz długie okresy spokoju, jak górna kreda, czy perm.

Zmiany w XXI wieku

Silny spadek natężenia dipolowego pola magnetycznego obserwuje się od czasu, od kiedy prowadzone są stałe pomiary natężenia ziemskiego pola magnetycznego, czyli od przynajmniej 150 lat; uległ on znacznemu przyspieszeniu w ostatnich latach. Badania pola w przeszłości wskazują, że natężenie pola magnetycznego zmniejsza się stopniowo od maksimum osiągniętego około 2000 lat temu. Przez ostatnie 150 lat natężenie pola magnetycznego zmalało o około 10-15%, a przez okres ostatnich 2000 lat o około 35%. Wcześniej też występowały wielokrotnie okresy zmniejszania się i zwiększania natężenia pola magnetycznego. Nie wiadomo jednak, czy obecnie notowany spadek natężenia będzie się utrzymywał w przyszłości; być może jest to tylko czasowy spadek, a nie długoterminowy trend. Ponieważ proces przebiegunowania Ziemi nie był jeszcze nigdy bezpośrednio obserwowany, a modele mechanizmu powstawania pola magnetycznego są obarczone dużą niepewnością, nie można stwierdzić z całą pewnością, że obecnie obserwowane zmiany pola magnetycznego są zapowiedzią tego wydarzenia.

Glatzmaier we współpracy z Paulem Robertsem z UCLA wykonali model numeryczny elektromagnetyzmu płynnego jądra Ziemi. Rezultatem było pole magnetyczne przełączające kierunek co 40 000 lat, w okresach przełączania pole nie zanikało całkowicie, ale traciło swój dipolowy charakter. W okresie zaniku pole magnetyczne posiada różne kierunki.

Według szeroko przyjętej teorii, podpartej symulacją komputerową, w przypadku czasowego zaniknięcia pola magnetycznego Ziemi, uderzający w jonosferę wiatr słoneczny wraz z ruchem obrotowym Ziemi wzbudzi w jonosferze pole magnetyczne, chroniące częściowo Ziemię przed dopływem do jej powierzchni promieniowania jonizującego. Zjawisko takie odkryto na Wenus nieposiadającej własnego pola magnetycznego.

Skutki zaniku pola magnetycznego

Zanik pola magnetycznego dopuści do atmosfery zjonizowane cząstki wiatru słonecznego, atmosfera znacznie zmieni swe właściwości w rozchodzeniu się w niej fal radiowych, stanie się silnie zależna od pogody kosmicznej. Zakłóceniu ulegnie działanie wielu urządzeń łączności.

Według niektórych opinii czasowe zaniknięcie pola magnetycznego w czasie zmiany polaryzacji biegunów może spowodować znaczny wzrost ilości bardzo szkodliwego promieniowania kosmicznego docierającego na powierzchnię Ziemi. Nie ma jednak żadnych nieodpartych naukowych dowodów na to, że odwrócenie pola magnetycznego w przeszłości doprowadziło do jakiejkolwiek katastrofy ekologicznej czy wymierania organizmów żywych. Zarówno Homo erectus, jak i jego przodkowie przeżyli kilka podobnych „katastrof”.

Bibliografia

• Sarah Simpson. Igła na południe. „Świat Nauki”, grudzień 2002. brak numeru strony

Linki zewnętrzne

• USGS Geomagnetism Program