Το γήινο μαγνητικό πεδίο έχει αρχίσει να εξασθενίζει

Πηγή: ZeeNews, 1 Ιουλίου 2008

Μια νέα μελέτη έχει διαπιστώσει ότι ορισμένες γρήγορες αλλαγές στην κίνηση του υγρού εξωτερικού τμήματος του πυρήνα της Γης, αποδυναμώνει το μαγνητικό πεδίο σε ορισμένες περιοχές της επιφάνειας του πλανήτη.

"Και το περίεργο είναι ότι λαμβάνουν χώρα γρήγορες, σχεδόν αιφνίδιες, αλλαγές στο γήινο μαγνητικό πεδίο", λέει ένας από τους συγγραφείς της μελέτης Nils Olsen, στο Γεωφυσικό Εθνικό Διαστημικό Κέντρο της Κοπεγχάγης.

Σύμφωνα με μια έκθεση στο National Geographic, τα ευρήματα δείχνουν εξίσου γρήγορες αλλαγές, που συμβαίνουν ταυτόχρονα στο υγρό μέταλλο, 3000 χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια.

Οι περιστροφικές κινήσεις της ροής του τήγματος του σιδήρου και του νικελίου, γύρω από το στερεά κέντρο της Γης ενεργοποιεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα, που δημιουργεί το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη.

Η μελέτη μοντελοποίησε το γήινο μαγνητικό πεδίο, χρησιμοποιώντας μεγάλης ακρίβειας δορυφορικά δεδομένα εννέα ετών.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι διακυμάνσεις στο μαγνητικό πεδίο έχουν εμφανιστεί σε αρκετές απομακρυσμένες περιοχές της Γης.

Το 2003, οι επιστήμονες βρήκαν έντονες αλλαγές στο μαγνητικό πεδίο της περιοχής της Αυστραλίας. Το 2004, ωστόσο, οι αλλαγές επικεντρώνονται στην Νότια Αφρική.

"Οι αλλαγές μπορεί να υποδηλώνουν την πιθανότητα μιας επερχόμενης αντιστροφής του γεωμαγνητικού πεδίου", δήλωσε η Mioara Mandea, ειδικός επιστήμονας στο γερμανικό Κέντρο Ερευνών για Γεωεπιστήμες στο Πότσδαμ.

Το γήινο μαγνητικό πεδίο έχει αντιστραφεί εκατοντάδες φορές τα τελευταία δισεκατομμύρια χρόνια, και η διαδικασία αυτή θα μπορούσε να κρατήσει χιλιάδες χρόνια μέχρι να ολοκληρωθεί.

Η μείωση του μαγνητικού πεδίου επίσης 'ανοίγει' τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας στα φορτισμένο σωματίδιο της έντονης ακτινοβολίας, σύμφωνα με τους επιστήμονες.

Δορυφορικά δεδομένα δείχνουν ότι το γήινο μαγνητικό πεδίο μειώνεται στην περιοχή του Νότιου Ατλαντικού, λέει η Mandea, προσθέτοντας ότι μια περιοχή σε οβάλ σχήμα, ανατολικά της Βραζιλίας, είναι πολύ ασθενέστερη από παρόμοια γεωγραφικά πλάτη σε άλλα μέρη του κόσμου.

"Σε αυτή την περιοχή η μαγνητική θωράκιση είναι σοβαρά μειωμένη, επιτρέποντας έτσι υψηλής ενέργειας σωματίδια της σκληρής ακτινοβολίας, να διεισδύσουν βαθιά στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, και σε ένα υψόμετρο κάτω από εκατό χιλιόμετρα", συνέχισε η Mandea.

Αυτή η ακτινοβολία δεν επηρεάζει τις θερμοκρασίες στη Γη. Τα σωματίδια, ωστόσο, επηρεάζουν τεχνικές συσκευές και ραδιοεξοπλισμούς, ενώ μπορεί να βλάψει τους ηλεκτρονικούς εξοπλισμούς σε δορυφόρους και αεροπλάνα, λέει ο Olsen.

Οι επιστήμονες θεωρούν ότι ο κύριος μηχανισμός για τη δημιουργία και τη διατήρηση του μαγνητικού πεδίου είναι ο μηχανισμός του δυναμό (self excited dynamo). Η φυσική αρχή του δυναμό είναι απλή και βασίζεται στις ίδιες αρχές που λειτουργεί και το δυναμό ενός ποδηλάτου. Φυσικά στην περίπτωση της Γης η κατανόηση του φαινομένου ούτε απλή είναι ούτε και πλήρης.

Η λειτουργία ενός δυναμό στηρίζεται στην αρχή της επαγωγής. Η σχετική δηλαδή κίνηση ενός αγωγού μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο, θα εμφανίσει στα άκρα του αγωγού μια ηλεκτρική τάση. Κι αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι μέσα στον αγωγό υπάρχουν ελεύθερα φορτία (ηλεκτρόνια δηλαδή) που κινούνται μαζί με τον αγωγό. Οπότε αφού κινούνται μέσα στο μαγνητικό πεδίο αυτά τα φορτία (ηλεκτρόνια) θα δεχτούν μία δύναμη Lorentz κάθετη στο μαγνητικό πεδίο και την διεύθυνση κίνησης. Η κίνηση αυτή των ηλεκτρονίων έχει σαν αποτέλεσμα να δημιουργείται ρεύμα μέσα στον αγωγό. Όμως αυτό το ρεύμα με τη σειρά του μπορεί να δημιουργήσει μαγνητικό πεδίο, το οποίο συνεισφέρει στο εξωτερικό μαγνητικό πεδίο.

Στην περίπτωση της Γης τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά γιατί έχουμε το πρόβλημα της εμφάνισης του κυρίαρχου μαγνητικού πεδίου της Γης. Στο εσωτερικό της Γης, αντί για κάποιο αγωγό, έχουμε ένα αγώγιμο ρευστό το οποίο κινείται και από την κίνησή του δημιουργούνται ρεύματα (ηλεκτρονίων και ιόντων). Η περιοχή στην οποία συμβαίνει αυτή η κίνηση δεν είναι το εσωτερικό μέρος του πυρήνα γιατί είναι στερεό. Αλλά στο εξωτερικό τμήμα του πυρήνα κοντά στον εσωτερικό μανδύα, γι αυτό και λέγεται εξωτερικός ρευστός πυρήνας και έχει περίπου την πυκνότητα και την αγωγιμότητα του σιδήρου. Υπάρχει ακόμα μία διαφορά από την παραπάνω περίπτωση του δυναμό του ποδηλάτου και αυτή είναι το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Ενώ στο δυναμό του ποδηλάτου υπάρχει εξωτερικός μαγνήτης που διαμορφώνει ένα κυρίαρχο εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, στην περίπτωση της Γης, το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται, ενισχύεται και επιβιώνει από καθαρά εσωτερικές διαδικασίες της κίνησης του αγώγιμου ρευστού.

Δηλαδή το πρόβλημα που έχουν οι γεωφυσικοί να ερμηνεύσουν ανάγεται στο πως μπορεί ένα αγώγιμο ρευστό με την κίνησή του να δημιουργήσει και να συντηρήσει ένα μεγάλης κλίμακας διπολικό μαγνητικό πεδίο. Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε μοντέλα μαγνητοϋδροδυναμικής στην περιοχή του εξωτερικού ρευστού πυρήνα της Γης. Οι εξισώσεις των μοντέλων αυτών είναι πολύ περίπλοκες και μπορούν να λυθούν μόνο σε υπερυπολογιστές.

Αυτό το πρόβλημα έχει λυθεί εδώ και μερικά χρόνια και υπάρχουν κάποια μοντέλα, όπως των Gary A Glatzmaier και Peter Olson, που περιγράφουν αρκετά καλά το μαγνητικό πεδίο της Γης και την συμπεριφορά του. Οι Glatzmaier και Olson πιστεύουν πως προκειμένου να υπάρχει αποτελεσματικό γεωδυναμό αρκούν να υπάρχουν τρεις βασικές προϋποθέσεις.

Α. Πρέπει να υπάρχει ρευστός αγώγιμος πυρήνας προκειμένου να μπορούν να αναπτυχθούν εκεί τα ρεύματα που θα συντηρήσουν το μαγνητικό πεδίο.

Β. Θα πρέπει να υπάρχει μία πηγή ενέργειας, η οποία να κινεί το ρευστό ώστε αυτό να μετατρέπει την κινητική ενέργεια σε μαγνητικό πεδίο. Αυτή η πηγή ενέργειας είναι κυρίως η θερμική ενέργεια που έχει παγιδευτεί στο εσωτερικό του πλανήτη από την δημιουργία του, η οποία κατά την προσπάθειά της να βγει προς τα έξω δημιουργεί φαινόμενα μεταφοράς στον ρευστό εξωτερικό πυρήνα, όπως έχουμε την κυκλοφορία του αέρα στην ατμόσφαιρα.

Γ. Πρέπει ο πλανήτης να περιστρέφεται έτσι ώστε να μπορούν να εμφανιστούν δυνάμεις Coriolis. Οι δυνάμεις Coriolis θα έχουν ως αποτέλεσμα να συστρέφουν τη ροή του ρευστού όπως αυτή δημιουργείται εξαιτίας των φαινομένων μεταφοράς (φαινόμενο αντίστοιχο με τους κυκλώνες στην ατμόσφαιρα). Από αυτή τη συστροφή τελικά το αποτέλεσμα είναι να ενισχύεται το μαγνητικό πεδίο φτάνοντας τελικά σε μία κατάσταση περίπου σταθερής έντασης.

Είναι σημαντικό να τονίσουμε πως το μαγνητικό πεδίο που αντιλαμβανόμαστε στην επιφάνεια της Γης σαν διπολικό δεν είναι στην πραγματικότητα έτσι και στο εσωτερικό της Γης. Πρόκειται για ένα αρκετά περίπλοκο μαγνητικό πεδίο στην περιοχή του συνόρου του εξωτερικού ρευστού πυρήνα με τον μανδύα, που αποτελείται και από ανώτερης τάξης πολύπολα, τα οποία όμως εξασθενούν μέχρι να φτάσουν στην επιφάνεια (και εξασθενεί όχι ανάλογα με την απόσταση).

Τα υπολογιστικά μοντέλα εξηγούν αρκετά καλά και το φαινόμενο της αναστροφής του μαγνητικού πεδίου της Γης. Γιατί παρατηρείται ότι υπάρχει μία δυναμική ανάμεσα σε μία κατάσταση που προσπαθεί να ανατρέψει το κυρίαρχο διπολικό μαγνητικό πεδίο και σε μία κατάσταση όπου αυτό διατηρείται. Τις περισσότερες φορές, επικρατεί η σταθερότητα του μαγνητικού πεδίου για χιλιάδες χρόνια, αλλά κάποιες φορές το πεδίο αντιστρέφεται. Ενώ με την όλη διαδικασία, η οποία διαρκεί μερικές χιλιάδες χρόνια, το μαγνητικό πεδίο της Γης δεν εξαφανίζεται, αλλά γίνεται πιο περίπλοκο.

Πηγή: http://www.es.ucsc.edu/~glatz/pub/glatzmaier_roberts_contphys_1997.pdf