Przeczytaj
Warto przeczytać
Najnowsze badania ziemskiego pola magnetycznegopola magnetycznego pokazują, że jego struktura jest bardziej skomplikowana niż pokazane to zostało na Rys. 1(a). Zdecydowanie przeważa jednak charakter dipolowy polacharakter dipolowy pola (z dwoma biegunami). Okazuje się też, że ułożenie tego dipola względem osi obrotu Ziemi nie jest stałe w czasie (Rys. 1(b) oraz 1(c)). Zdarza się też, że ziemskie pole magnetyczne praktycznie zanika (Rys. 1(d)). Co jest tego przyczyną?
Rys. (d) pokazuje brak ziemskiego pola magnetycznego - tak też bywało w historii Ziemi.
Odpowiedź na to pytanie wymaga wskazania, co jest źródłem ziemskiego pola magnetycznego. Wiedza nasza na ten temat jest dziś niepełna. Najprawdopodobniej ziemski magnetyzm jest skutkiem prądów elektrycznych w płynnym żelazie, z którego składa się zewnętrzne jądro Ziemi, znajdujące się ok. 3,5 tys. km pod powierzchnią naszej planety.
Jednak okazuje się, że prądy te wcale nie są stałe, że zmienia się ich wartość i kierunek. Nie bardzo wiemy, dlaczego się tak dzieje. Widzimy tylko, że charakter tych zmian ma cechy chaosu. Faktem jest, że bieguny przemieszczają się. Dzieje się to nawet obecnie dość szybko, co pokazane jest na zamieszczonej mapce (Rys. 2.).
W przeszłości ziemskie pole magnetyczne wielokrotnie zmieniało swoją biegunowość, czyli na północy geograficznej był rzeczywiście biegun północny magnetyczny N, a potem znowu się to zmieniało. Ciekawe jest, skąd o tym wiemy.
Otóż, w skałach wulkanicznych dna morskiego, po obu stronach Grzbietu Śródatlantyckiego znajduje się w miarę dokładny zapis zmian ziemskiego magnetyzmu. Kiedy bazaltowa lawa wydobywa się na powierzchnię, w czasie krzepnięcia magnesuje się zgodnie z kierunkiem aktualnego pola magnetycznego, a kiedy już zastygnie – kierunek i wartość namagnesowania na stałe ulegają „zamrożeniu”. Płyty tektoniczne rozsuwają się z szybkością kilku centymetrów na rok, dając miejsce następnemu wyciekowi lawy. Powstają bazaltowe paski o naprzemiennym namagnesowaniu (zobacz Rys. 3.). Szerokość tych pasków wskazuje na czas, jaki minął między kolejnymi zmianami biegunów. Następowało to bardzo nieregularnie – czasem przebiegunowanie dzielił okres ledwie 10‑20 tys. lat, a czasem - wielu milionów lat.
Średnio bieguny zamieniały się miejscami co 200‑300 tys. lat, ale od ostatniego razu minęło już 780 tys. lat i nie bardzo wiemy, skąd się bierze obecna zwłoka. Aczkolwiek, sądząc po osłabianiu się wartości indukcji ziemskiego pola czeka nas w najbliższym (?) czasie przemagnesowanie, a najpierw zmniejszenie pola prawie do zera.
Czy ma to dla nas jakieś znaczenie? Tak, bo pole magnetyczne Ziemi chroni nas przed promieniowaniem kosmicznym. Jest specyficzną barierą ochronną. O tym, jak działa ten mechanizm można przeczytać w e‑materiale „Jaką rolę pełni pole magnetyczne Ziemi?”.
Już dzisiaj w czasie rozbłysków na Słońcu, kiedy w Ziemię uderza większy strumień naładowanych cząstek, planetarne pole magnetyczne ulega chwilowemu osłabieniu. Strumień poruszających się z ogromnymi prędkościami (średnio 450 km/s) naładowanych cząstek jest przecież prądem elektrycznym, który jest źródłem pola magnetycznego, które dodaje się do ziemskiego. Mówimy, że rozbłyski na Słońcu (wyrzuty naładowanych cząstek w przestrzeń) wywołują na Ziemi burze magnetyczne.
Promieniowanie kosmiczne penetruje wtedy atmosferę głębiej i na niższych szerokościach geograficznych (pasy van Allenapasy van Allena przesuwają się). Uszkodzeniu ulegają satelity, które nagle znalazły się „pod ostrzałem” wysokoenergetycznych cząstek, a płynące wysoko nad Ziemią prądy wzbudzają wtórne prądy na Ziemi i powodują awarie systemów energetycznych.
Dlatego konieczne jest ciągłe śledzenie tzw. pogody kosmicznej, czyli warunków panujących w przestrzeni kosmicznej otaczającej Ziemię. W tym celu naukowcy zajmują się nieustannym śledzeniem procesów zachodzących na Słońcu, po to by móc przewidzieć wszelkie anomalie i przeciwdziałać z wyprzedzeniem ich potencjalnym skutkom.
To samo – tyle że na skalę globalną – będzie się działo w czasie zamiany biegunów, kiedy pole magnetyczne osłabnie o ponad 95 proc. Zorze będą rozjaśniać nocą niebo na całym świecie. Będą to już nie tylko zorze polarne, ale też równikowe.
Podniesie się też poziom groźnego dla zdrowia promieniowania na Ziemi, choć nie będzie to jakiś dramatyczny wzrost. Na powierzchni wystarczającą ochronę wciąż będzie zapewniała nam atmosfera (wyliczono, że atmosfera stanowi dla kosmicznego promieniowania podobną barierę jak betonowy mur trzymetrowej grubości). Niebezpieczne dla człowieka będą jedynie loty samolotem lub przebywanie na stacji kosmicznej. Ucierpieć za to może nasza cywilizacja techniczna, która jest przecież zależna od elektroniki i satelitów. Kiedy ochronna bariera magnetyczna osłabnie, będą nas bardziej dotykały przykre skutki słonecznych burz magnetycznych, które potrafią niszczyć satelity i linie energetyczne na Ziemi.
Słowniczek
(ang. magnetic field) – stan przestrzeni charakteryzujący się działaniem siły, zwanej siłą magnetyczną (Lorentza) na poruszający się ładunek umieszczony w tej przestrzeni bądź na obiekt obdarzony momentem magnetycznym; wielkością charakteryzującą pole magnetyczne jest wektor indukcji magnetycznej .
(ang. magnetic line of induction) – poglądowy obraz tego pola. Przebieg linii odzwierciedla układ wektorów indukcji magnetycznej w przestrzeni. W każdym, dowolnym punkcie linii pola zaczepiony jest wektor , styczny do tej linii.
(ang. dipole field) W geofizyce pole magnetyczne Ziemi można przedstawić jako pole dipolowe z liniami pola magnetycznego rozciągającymi się od geograficznego bieguna południowego do geograficznego bieguna północnego. Siła pola dipolowego jest maksymalna, gdy linie pola są bliżej siebie, jak na biegunach północnym i południowym, i słabnie, gdy linie pola się oddalają. Linia poprowadzona przez środek pola dipolowego, na równiku Ziemi, reprezentuje płaszczyznę równikową i jest prostopadła do linii pola magnetycznego.
(ang. Van Allen radiation belts) pasy radiacyjne, czyli obszar intensywnego promieniowania korpuskularnego, otaczającego Ziemię. Składa się z naładowanych cząstek o wielkiej energii (głównie elektronów i protonów), schwytanych w pułapkę przez ziemskie pole magnetyczne, w którym poruszają się one po trajektoriach zbliżonych do helis, których osie są równoległe do linii pola magnetycznego, łączących obydwa ziemskie bieguny magnetyczne. Cząstki te mogą powodować uszkodzenia komponentów elektronicznych satelity, przebywającego przez dłuższy czas w strefie oddziaływania pasów Van Allena.