Η αντιστροφή του γήινου μαγνητικού πεδίου

Άρθρο Ιούνιος 2001

Αν εξετάσουμε το γήινο μαγνητικό πεδίο, θα βλέπαμε πως η Γη συμπεριφέρεται σαν ένα τεράστιο μαγνητικό δίπολο, με τη διαφορά ότι ο νότιος πόλος του βρίσκεται στο γεωγραφικό βορρά, με μια απόκλιση περίπου 11.5 μοιρών από αυτόν.

Στη διπλανή φωτογραφία βλέπουμε ότι επάλληλα στρώματα λάβας, που προέρχονται από την πολύχρονη δραστηριότητα ενός ηφαιστείου, περιέχουν σιδηρούχους κρυστάλλους, οι οποίοι έχουν προσανατολιστεί διαφορετικά με το πέρασμα του χρόνου. Από παρατηρήσεις, όπως η προηγούμενη, οι επιστήμονες υπέθεσαν ότι οι παλαιομαγνητικοί πόλοι δεν είχαν πάντοτε την ίδια θέση.

Όμως, ο μαγνητικός βορράς δεν ήταν πάντοτε στο σημείο που βρίσκεται σήμερα. Οχι μόνο υπάρχουν αποδείξεις ότι οι μαγνητικοί πόλοι της Γης μετακινούνται συνεχώς, ακόμη και καθημερινά, αλλά φαίνεται ότι στην ιστορία της Γης, έχουν αντιστραφεί πολλές φορές οι θέσεις τους. Οι πληροφορίες για τις αναστροφές της γήινης μαγνητικής πολικότητας προέρχονται από διάφορες αποθέσεις. Πετρώματα, όμως, όπως οι χερσαίες αποθέσεις λάβας, είναι σχηματισμοί που προτιμώνται, συνήθως, από τους επιστήμονες, γιατί ο μαγνητικός προσανατολισμός τους είναι αρκετά εύκολο να διαπιστωθεί.
Οι κρύσταλλοι από ορυκτά που περιέχουν σίδηρο, όπως ο μαγνητίτης (Fe₃O₄) ή ο αιματίτης (Fe₂O₃), προσανατολίζονται με βάση τη διεύθυνση και τη φορά του υπάρχοντος μαγνητικού πεδίου του πλανήτη μας, όταν όμως, κατά την ψύξη τους, η θερμοκρασία έφθασε στο σημείο Curie (περίπου 500 ^oC). Η ιδιότητα αυτή ονομάζεται παραμένουσα μαγνήτιση.

Εάν, αργότερα, η φορά του μαγνητικού πεδίου αλλάξει, οι σιδηρούχοι κρύσταλλοι των μαγματικών πετρωμάτων, που είχαν αποτεθεί παλαιότερα και είναι προσανατολισμένοι μέσα σε ένα διαφορετικό μαγνητικό πεδίο, διατηρούν την αρχική τους διεύθυνση και φορά. Αν, τώρα, χρονολογηθεί το πέτρωμα με αυτό το ''απολιθωμένο'' μαγνητικό πεδίο, μπορούμε να βγάλουμε χρήσιμα συμπεράσματα για τα τότε χαρακτηριστικά της κατώτερης μαγνητόσφαιρας της Γης.
Στην πράξη, όμως, ο καθορισμός της φοράς του μαγνητικού πεδίου της Γης, είναι μια πολύ δύσκολη διαδικασία, λόγω των παραμορφώσεων και των μετακινήσεων που θα υποστεί ένα πέτρωμα με την πάροδο εκατομμυρίων ετών. Η εύρεση παλαιομαγνητικών στοιχείων ή ακόμα περισσότερο της έντασης του πεδίου γίνεται ακόμα δυσκολότερη, όσο ερευνούμε πετρώματα πολλών εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών, αφού τα πετρώματα έχουν υποστεί, συνήθως, πολύ μεγάλη παραμόρφωση ή ακόμα και μεταμόρφωση.

Ποιά είναι όμως η αιτία των αναστροφών

Αν και ουσιαστικά δεν έχει εξακριβωθεί το αίτιο των αναστροφών των παλαιομαγνητικών πόλων, από παλιά εθεωρείτο ότι πρέπει να οφείλεται σε αλλαγές (άγνωστο ποιες) στο εξωτερικό πυρήνα της Γης, πράγμα λογικό, αφού η Fe, Ni σύστασή του πρέπει να έχει το μεγαλύτερο μερίδιο δημιουργίας του μαγνητικού πεδίου τη Γης.

Για πολλά χρόνια δεν μπορούσαν να συσχετισθούν με κάποιο φυσικό μέγεθος οι παλαιομαγνητικές αναστροφές και πολλοί θεωρούσαν ότι γίνονταν με τυχαίο τρόπο. Ομως, το 1993, ερευνητές από το Institut de Physique du Globe de Paris παρατήρησαν ότι στα 3 τελευταία εκατομμύρια χρόνια υπήρχε μια σαφής σχέση μεταξύ των αναστροφών και της έντασης του πεδίου.

Οι Γάλλοι επιστήμονες παρατήρησαν ότι μετά από μια αλλαγή της φοράς του γήινου μαγνητικού πεδίου, οι σιδηρούχοι κρύσταλλοι των πετρωμάτων ήταν πολύ καλά προσανατολισμένοι. Εργαστηριακές μετρήσεις παλαιομαγνητικής ανάλυσης έδειξαν ότι οι εξεταζόμενοι υποθαλάσσιοι βασάλτες, που αποτέθηκαν μετά από μια αλλαγή φοράς, είχαν ψυχθεί στον ωκεάνιο βυθό του Ειρηνικού, μέσα σε ένα αρκετά ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Αντίθετα, πετρώματα ελαφρώς αρχαιότερα, πριν από την έναρξη ενός παλαιομαγνητικού συμβάντος, αποτέθηκαν σε ασθενέστερο πεδίο. Θεωρήθηκε, λοιπόν, ότι με κάθε αλλαγή της πολικότητας, το γήινο μαγνητικό πεδίο αυξανόταν.

Με βάση την προηγούμενη θεωρία έχουν αναπτυχθεί μερικά μοντέλα ανάλυσης της παλαιομαγνητικής ιστορίας της Γης. Μάλιστα, σύμφωνα με αυτά, είναι πολύ πιθανό, σήμερα, να οδεύουμε σε μια νέα αναστροφή. Αλλωστε, είναι γεγονός, ότι το μαγνητικό πεδίο της Γης εξασθενεί συνεχώς τα τελευταία 2.000 χρόνια.