Geofysici van de Universiteit van Leeds Yon Mound en Phil Livermore geloven dat er over een paar duizend jaar een inversie zal zijn van het magnetische veld van de aarde. Britse wetenschappers presenteerden hun bevindingen in een column van The Conversation. "Lenta.ru" biedt de belangrijkste stellingen van de auteurs en legt uit waarom geofysici hoogstwaarschijnlijk gelijk hebben.
Het magnetische veld beschermt de aarde tegen gevaarlijke kosmische straling door geladen deeltjes van de planeet af te buigen. Dit krachtveld is echter niet permanent. In de hele geschiedenis van de planeet zijn er minstens enkele honderden omkeringen van magnetische velden geweest, waarbij de magnetische noord- en zuidpool werden verwisseld.
Tijdens het omkeren van de polariteit neemt het magnetische veld van de planeet een complexe vorm aan en verzwakt. Gedurende deze periode kan de waarde dalen tot tien procent van de oorspronkelijke waarde en tegelijkertijd worden niet twee polen gevormd, maar meerdere, waaronder bijvoorbeeld op de evenaar. Omkeringen van magnetische velden komen gemiddeld eens in de miljoen jaar voor, maar het interval tussen omkeringen is niet constant.
Naast geomagnetische omkeringen vonden er onvolledige omkeringen plaats in de geschiedenis van de aarde, toen de magnetische polen naar lage breedtegraden bewogen, tot aan het snijpunt van de evenaar, en vervolgens terugkeerden. De laatste keer dat een geomagnetische omkering, het zogenaamde Brunes-Matuyama-fenomeen, ongeveer 780.000 jaar geleden plaatsvond. Een tijdelijke omkering - de Lashamp-gebeurtenis - vond 41 duizend jaar geleden plaats en duurde minder dan duizend jaar, waarin de richting van het magnetische veld van de planeet in feite ongeveer 250 jaar veranderde.
Aarde vanuit een baan
Foto: Stuart Rankin / Flickr
Veranderingen in het magnetische veld tijdens inversie verzwakken de bescherming van de planeet tegen kosmische straling en verhogen het stralingsniveau op aarde. Als de geomagnetische omkering vandaag zou plaatsvinden, zou dit de risico's voor de werking van nabij-aardse satellieten, de luchtvaart en de elektrische infrastructuur op de grond drastisch verhogen. Geomagnetische stormen die optreden met een sterke toename van de zonneactiviteit geven wetenschappers de mogelijkheid om de bedreigingen te beoordelen waarmee de planeet te maken kan krijgen wanneer het magnetische veld abrupt wordt verzwakt.
Promotie video:
In 2003 veroorzaakte een zonnestorm stroomuitval in Zweden en vereiste wijzigingen in vliegroutes om tijdelijke netwerkstoringen te voorkomen en stralingsrisico's voor satellieten en grondinfrastructuur te verminderen. Maar deze storm wordt als onbeduidend beschouwd in vergelijking met de Carrington-gebeurtenis - de geomagnetische storm van 1859, toen aurora's zelfs in de buurt van de Caribische eilanden voorkwamen.
Ondertussen is de specifieke impact die een grote storm zou kunnen hebben op de huidige elektronische infrastructuur nog onduidelijk. We kunnen zeker zeggen dat de economische schade door stroomuitval, verwarmingssystemen, airconditioning, geolocatie en internet zeer aanzienlijk zal zijn: alleen op basis van ruwe schattingen wordt geschat op minstens $ 40 miljard per dag.
De directe impact die de inversie van het magnetische veld op levende wezens en mensen zal hebben, is ook moeilijk te voorspellen: de moderne mens is in de hele geschiedenis van zijn bestaan nog niet zoiets meegemaakt. Er zijn studies die proberen om geomagnetische omkeringen en vulkanische activiteit te koppelen aan massa-uitstervingen. Mound en Livermore merken echter op dat er geen merkbare activering van vulkanisme is, dus hoogstwaarschijnlijk zal de mensheid uitsluitend te maken hebben met elektromagnetische effecten.
Het magnetisch veld van de aarde 500 jaar vóór de omkering (volgens supercomputermodellering)
Afbeelding: GA Glatzmaier
Aardmagnetisch veld onmiddellijk na de omkering (volgens supercomputermodellering)
Afbeelding: GA Glatzmaier
Aardmagnetisch veld na 500 jaar omkering (volgens supercomputermodellering)
Afbeelding: GA Glatzmaier
Het is bekend dat veel diersoorten een vorm van magnetoreceptie hebben, waardoor ze veranderingen in het magnetische veld van de aarde kunnen waarnemen. Dieren gebruiken deze functie om te navigeren tijdens lange migraties. Het is nog niet duidelijk welk effect de geomagnetische omkering zal hebben op dergelijke soorten. Het is alleen bekend dat de oude mensen erin slaagden de Lashamp-gebeurtenis met succes te overleven, en het leven op de planeet heeft gedurende de hele geschiedenis van zijn bestaan honderden keren te maken gehad met volledige omkeringen van het aardmagneetveld.
Twee omstandigheden - de ouderdom van het fenomeen Brunes-Matuyama en de waargenomen verzwakking van het aardmagneetveld met ongeveer vijf procent per eeuw - suggereren voorzichtig dat een omkering binnen de komende tweeduizend jaar kan plaatsvinden. Het is moeilijk om meer exacte datums te noemen. Het magnetisch veld van de planeet wordt gegenereerd door een vloeibare ijzeren kern die aan dezelfde natuurkundige wetten voldoet als de hydrosfeer en atmosfeer.
Ondertussen heeft de mensheid slechts een paar dagen vooruit geleerd om weersveranderingen te voorspellen. In het geval van de kern die zich op een diepte van ongeveer drieduizend kilometer van het aardoppervlak bevindt, is de situatie veel gecompliceerder - voornamelijk vanwege de uiterst schaarse informatie over de structuur en processen die plaatsvinden in het binnenste van de planeet. Wetenschappers hebben de beschikking over geschatte informatie over de samenstelling en structuur van de kern, evenals over een wereldwijd netwerk van geofysische observatoria op de grond en satellieten in een baan om de aarde die veranderingen in het aardmagnetische veld kunnen meten en zo de beweging van de kern van de aarde kunnen volgen.
Er is niet echt veel bekend over de kern van de planeet. Zo hebben Japanse wetenschappers pas onlangs in laboratoriumexperimenten die de omstandigheden in de aarde simuleren, betrouwbaar vastgesteld dat het derde hoofdbestanddeel silicium is: het is goed voor ongeveer vijf procent van de massa van de kern van de aarde. Andere aandelen zijn in ijzer (85 procent) en nikkel (10 procent). Zoals gebruikelijk in dergelijke gevallen bleven de aanhangers van de alternatieve hypothese van het derde element over, die geloofden dat het geen silicium is, maar zuurstof.
Kleurenkaart van Mercurius
Foto: NASA Goddard Space Flight Center / Flickr
Weinig wetenschappers weten van de structuur van de mantel van de planeet. Pas drie jaar geleden werd op betrouwbare wijze bekend dat er in de overgangslaag tussen de boven- en ondermantel, op een diepte van 410-660 kilometer, enorme waterreserves zijn. Deze gegevens werden vervolgens herhaaldelijk bevestigd. Nader onderzoek wees uit dat water ook in de onderliggende lagen kan worden vastgehouden, op een diepte van ongeveer duizend kilometer. Maar zelfs in dit geval is het niet bekend of het verspreid is over de hele laag of alleen bepaalde lokale gebieden beslaat.
Als ze hoger klimmen, worden wetenschappers geconfronteerd met een ander probleem: de aard en oorsprong van tektoniek van lithosferische platen. Strikt genomen wordt de aarde beschouwd als de enige planeet in het zonnestelsel waar tektoniek aanwezig is, maar niemand weet nog wanneer en waarom deze is ontstaan. Door deze vragen te beantwoorden, zouden we het verleden en de toekomst van de continenten kunnen volgen - in het bijzonder de huidige fase van de Wilson-cyclus. Wetenschappers presenteerden de voorlopige gegevens nogmaals op een gespecialiseerde conferentie in 2016.
De aard van het magnetische veld van de planeet is het grootste geofysische probleem. Het is betrouwbaar bekend dat naast Mercurius, de aarde en vier gasreuzen, Ganymedes, de grootste satelliet van Jupiter, ook een magnetosfeer heeft, maar hoe de planeet zijn eigen magnetosfeer ondersteunt, is zeer weinig bekend. Tot dusverre is er praktisch de enige theorie van geodynamo waarover wetenschappers beschikken. Volgens deze theorie bevindt zich in de ingewanden van de planeet een metalen kern met een stevig centrum en een vloeibare schaal. Door het verval van radioactieve elementen komt warmte vrij, wat leidt tot de vorming van convectiestromen van een geleidende vloeistof. Deze stromen wekken het magnetische veld van de planeet op.
Hoewel de theorie van geodynamo praktisch onomstreden is, levert het grote problemen op. Volgens de klassieke magnetohydrodynamica zou het dynamo-effect moeten vervallen en zou de kern van de planeet moeten afkoelen en verharden. Er is nog steeds geen exact begrip van de mechanismen waardoor de aarde het dynamo-zelfgeneratie-effect handhaaft, samen met de waargenomen kenmerken van het magnetische veld, voornamelijk geomagnetische anomalieën, migratie en poolomkering.
De recente ontdekking van een ijzeren straal in de kern van de aarde, zoals opgemerkt door Mound en Livermore, getuigt van de groeiende mogelijkheden van de wetenschap bij het bestuderen van de dynamiek van processen die plaatsvinden in het binnenste van de planeet. De straal werd gevormd in de vloeibare buitenkern van de aarde in het gebied onder de Noordpool. De breedte van het object is momenteel 420 kilometer. De straaljager heeft sinds 2000 zulke afmetingen bereikt en neemt elk jaar in breedte toe tot 40 kilometer.
Geofysici geloven dat de ijzeren straal die ze ontdekten een van de objecten is die het magnetisch veld van de aarde creëren. In combinatie met numerieke methoden en laboratoriumexperimenten zouden deze en andere ontdekkingen volgens experts de vooruitgang op dit gebied van de geofysica aanzienlijk moeten versnellen. Mound en Livermore wijzen erop dat het mogelijk is dat wetenschappers binnenkort het gedrag van de aardkern kunnen voorspellen.
Yuri Sukhov
