A Föld mágneses szférája: Bolygónk védelme a káros űrenergiától

Naprendszerünk négy kőzetbolygója közül mondhatni, hogy a Föld “mágneses” személyiségét bolygóközi szomszédai is megirigyelhetik.

A Föld mágneses szférája: Bolygónk védelme a káros űrenergiától

A Merkúrtól, a Vénusztól és a Marstól eltérően a Földet hatalmas mágneses mező, az úgynevezett magnetoszféra veszi körül.

Amikor a Nap anyagáramai a Föld magnetoszférájába csapódnak, csapdába eshetnek, és a bolygót körülvevő két fánk alakú övben, a Van Allen-övekben rekedhetnek. Az övek visszatartják a részecskéket, hogy a Föld mágneses mezővonalai mentén haladjanak, és folyamatosan ide-oda pattogjanak pólusról pólusra. Ez a videó a Van Allen-övek egy keresztmetszetének alakjában és intenzitásában bekövetkező változásokat szemlélteti. Forrás: NASA/Goddard Űrrepülési Központ

A világunk középpontjában lévő erőteljes, dinamikus erők által létrehozott magnetoszféra megvéd minket a napszél (a Nap által folyamatosan ránk zúdított töltött részecskék) által okozott légköri eróziótól, a koronakidobódások (a Nap energikus és mágnesezett plazmájának és sugárzásának hatalmas felhői) által okozott eróziótól és részecskesugárzástól, valamint a mély-űrből érkező kozmikus sugárzástól. A magnetoszféránk a kapuőr szerepét tölti be, visszaveri ezt a nem kívánt, a földi életre káros energiát, és nagy részét a Föld felszínétől biztonságos távolságban, a Van Allen-övnek nevezett, fánk alakú ikerzónákban tartja fogva.

Az űridőjárás hatásai. Forrás: NOAAA Föld magnetoszférája azonban nem tökéletes védelem. A napszél ingadozásai megzavarhatják azt, ami “űridőjáráshoz” vezethet – geomágneses viharokhoz, amelyek áthatolhatnak a légkörünkön, veszélyeztetve az űrhajókat és az űrhajósokat, megzavarva a navigációs rendszereket és pusztítást okozva az elektromos hálózatokban. Pozitívum, hogy ezek a viharok a Föld látványos sarki fényét is előidézik. A napszél átmeneti repedéseket hoz létre a pajzson, így némi energia naponta lejut a Föld felszínére. Mivel azonban ezek a betörések rövid ideig tartanak, nem okoznak jelentős problémákat.

Ez a színes sarki fényt ábrázoló kép az alaszkai Delta Junctionben készült 2015. április 10-én. Minden sarki fényt energikus elektronok hoznak létre, amelyek a Föld mágneses buborékából záporoznak lefelé, és a felső légkörben lévő részecskékkel kölcsönhatásba lépve izzó fényeket hoznak létre, amelyek az égbolton húzódnak végig. Forrás: A képet Sebastian Saarloos szíves hozzájárulásával készítették.Mivel a Föld mágneses terét létrehozó erők folyamatosan változnak, maga a mező is folyamatos változásban van, erőssége idővel nő és csökken. Ez okozza, hogy a Föld mágneses északi és déli pólusának helye fokozatosan eltolódik, és körülbelül 300 000 évente teljesen felcserélődik. Itt megtudhatja, hogy a mágneses mező polaritásának változásai és eltolódásai miért nincsenek hatással az éghajlatra az emberi életidőn belül, és miért nem felelősek a Föld közelmúltban megfigyelt felmelegedéséért.

Föld mágneses terének átlagos erősségét mutatja

Mágneses mező változását mutatja

Az Európai Űrügynökség (ESA) által 2013 novemberében indított, három műholdból álló Swarm konstelláció új betekintést nyújt a Föld globális mágneses mezejének működésébe. A Föld magjában lévő olvadt vas mozgása által létrehozott mágneses mező védi bolygónkat a kozmikus sugárzástól és a Nap által kibocsátott töltött részecskéktől. Emellett az iránytűvel való navigáció alapját is ez adja.

A Swarm adatai alapján a felső kép a Föld mágneses terének átlagos erősségét mutatja a felszínen (nanoteslában mérve) 2014. január 1. és június 30. között. A második kép a mágneses mező változását mutatja ugyanezen időszak alatt. Bár a második kép színei ugyanolyan élénkek, mint az elsőé, vegyük észre, hogy a legnagyobb változások plusz-mínusz 100 nanotesla értékűek voltak a 60 000 nanoteslát elérő mezőben. – Forrás: Európai Űrügynökség/Dán Műszaki Egyetem (ESA/DTU Space)

A Föld mágneses mezejét mozgató erők megértéséhez először a földi “szerkezet” (a szilárd Föld) négy fő rétegét kell lehámozni:

  1. A földkéreg, ahol élünk, amely a szárazföldön átlagosan mintegy 31 kilométer (19 mérföld) mély, az óceánfenéken pedig 5 kilométer (3 mérföld) mély.
  2. A köpeny, amely forró, viszkózus, olvadt kőzetekből álló, körülbelül 1800 mérföld (2900 kilométer) vastagságú keverék.
  3. A külső mag, amely körülbelül 2 250 kilométer vastag, és olvadt vasból és nikkelből áll.
  4. A belső mag, egy nagyjából 1.221 kilométer vastagságú (759 mérföld), vasból és nikkelből álló szilárd gömb, amely körülbelül olyan forró, mint a Nap felszíne.

A földi szerkezet | ClimeNewsA Föld belső szerkezete: sűrű, szilárd, fémes mag, viszkózus, fémes külső mag, köpeny és szilikátalapú kéreg. – Forrás: NASA

A Föld geomágneses mezejének csaknem egésze a folyékony külső magból származik. Mint a forró víz a tűzhelyen, a konvektív erők (amelyek a hőt egyik helyről a másikra mozgatják, általában a levegőn vagy a vízen keresztül) folyamatosan felkavarják az olvadt fémeket, amelyek a Föld forgása által hajtott örvényekben is kavarognak. Ahogy ez a kavargó fémtömeg mozog, több száz mérföld széles elektromos áramlatokat hoz létre, amelyek a Föld forgása miatt óránként több ezer mérföldes sebességgel áramlanak. Ezt a mechanizmust, amely a Föld mágneses mezejének fenntartásáért felelős, geodinamónak nevezik.

A Föld mágneses terét létrehozó dinamómechanizmusA Föld felszínén a mágneses mező két pólust (dipólust) alkot. Az északi és a déli mágneses pólus ellentétes pozitív és negatív polaritású, mint egy rúdmágnes. A mágneses mező láthatatlan vonalai zárt, folytonos hurokban haladnak, az északi mágneses pólusnál a Földbe áramlanak be, a déli mágneses pólusnál pedig ki. A napszél a mező alakját a Föld Nap felé néző oldalán összenyomja, az éjszaka felé néző oldalán pedig hosszú csóvává nyújtja.

A Föld múltbeli mágnesességének tanulmányozását paleomágnesességnek nevezik. A mágneses mező közvetlen megfigyelései csak néhány évszázadra nyúlnak vissza, ezért a tudósok közvetett bizonyítékokra támaszkodnak. Az ősi, háborítatlan vulkáni és üledékes kőzetekben, tavi és tengeri üledékekben, lávafolyásokban és régészeti leletekben található mágneses ásványok elárulhatják a mágneses mező erősségét és irányát, azt, hogy mikor fordult meg a mágneses pólus, és még sok minden mást. A globális bizonyítékok, valamint a műholdak és a geomágneses obszervatóriumok adatainak tanulmányozásával és a mágneses mező alakulásának számítógépes modellek segítségével történő elemzésével a tudósok meg tudják alkotni a mező geológiai idők során bekövetkezett változásának történetét.

 

A Földet mágneses mezők rendszereA Föld óceánközépi gerincei, ahol tektonikus lemezek alakulnak ki, mintegy 160 millió évre visszanyúló adatokkal szolgálnak a paleomágneses kutatók számára. A gerincekből folyamatosan feltörő láva szétterül és lehűl, a benne lévő vasban gazdag ásványi anyagok pedig a geomágneses mezőhöz igazodnak, és észak felé mutatnak. Amint a láva körülbelül 1300 Fahrenheit-fokra (700 Celsius-fokra) hűl, a mágneses mező akkori erőssége és iránya “belefagy” a kőzetbe. A kőzetből történő mintavételezéssel és radiometrikus kormeghatározással a mágneses mezőnek ez a feljegyzése feltárható.

A Föld mágneses mezejének tanulmányozása sokat elárult a Föld történetéről.

Az óceánközépi gerincek körüli mágneses csíkok Tudjuk például, hogy az elmúlt 200 évben a mágneses mező globális átlagban körülbelül 9 százalékkal gyengült. A paleomágneses vizsgálatok azonban azt mutatják, hogy a mező valójában a legerősebb az elmúlt 100 000 évben, és kétszer olyan intenzív, mint az egymillió éves átlag.

Azt is tudjuk, hogy van egy jól ismert “gyenge pont” a magnetoszférában, amely egész évben jelen van. A Dél-Amerika és az Atlanti-óceán déli része felett található Dél-atlanti anomália (SAA) egy olyan terület, ahol a napszél közelebb hatol a Föld felszínéhez. A geodinamó és a Föld mágneses tengelyének dőlése együttes hatására jön létre. Bár az SAA-n belül a töltött naprészecskék és a kozmikus sugárzás részecskéi megsüthetik az űrhajók elektronikáját, a Föld felszínén lévő életet nem befolyásolják.

Tudjuk, hogy a Föld mágneses pólusainak helyzete folyamatosan mozog. Amióta a brit királyi haditengerészet tisztje és sarkkutatója, Sir James Clark Ross 1831-ben először pontosan meghatározta, a mágneses északi pólus helyzete fokozatosan több mint 600 mérfölddel (1100 kilométerrel) észak-északnyugati irányba tolódott el, és az előrehaladási sebessége is megnőtt, az évi 16 kilométerről (10 mérföldről) körülbelül 55 kilométerre (34 mérföldre) évente.


A Föld mágneses mezeje védőpajzsként veszi körül a bolygót, visszataszítva és csapdába ejtve a Napból származó töltött részecskéket. Dél-Amerika és az Atlanti-óceán déli része felett azonban a mező egy szokatlanul gyenge pontja – a Dél-atlanti anomália (South Atlantic Anomaly, SAA) – lehetővé teszi, hogy ezek a részecskék a szokásosnál közelebb merüljenek a felszínhez. Jelenleg az SAA nem gyakorol látható hatást a mindennapi életre a felszínen. A legújabb megfigyelések és előrejelzések azonban azt mutatják, hogy a régió nyugat felé terjeszkedik, és intenzitása tovább gyengül. A dél-atlanti anomália a NASA földtudósai számára is érdekes, akik figyelemmel kísérik az ottani mágneses erősség változásait, egyrészt azért, mert ezek a változások hogyan hatnak a Föld légkörére, másrészt pedig azért, mert jelzik, hogy mi történik a Föld mágneses mezőivel a földgolyó mélyén. Forrás: NASA’s Scientific Visualization Studio (NASA Tudományos Vizualizációs Stúdió)

A Föld mágneses pólusai nem azonosak a geodéziai pólusokkal, amelyeket a legtöbb ember jobban ismer. A Föld geodéziai pólusainak helyét a bolygónk forgástengelye határozza meg. Ez a tengely nem egyenletesen forog, mint a földgömb az asztalodon. Ehelyett kissé imbolyog. Ez okozza, hogy a valódi északi pólus helyzete idővel kissé eltolódik. A Föld felszínén és belsejében számos folyamat hozzájárul ehhez a bolyongáshoz, de elsősorban a víz Föld körüli mozgása okozza. A megfigyelések kezdete óta a Föld forgástengelyének pozíciója körülbelül 12 méterrel (37 láb) Észak-Amerika felé sodródott, bár egy év alatt soha nem több mint 17 centimétert (7 hüvelyk). Ezek az ingadozások nem befolyásolják mindennapi életünket, de figyelembe kell venni őket ahhoz, hogy a globális navigációs műholdrendszerek, a Földet megfigyelő műholdak és a földi megfigyelőállomások pontos eredményeket kapjanak. A billegések a múltbeli éghajlati viszonyokról árulkodhatnak a tudósoknak, de ezek a kontinensek vízkészletének és jégtakaróinak időbeli változásainak következményei, nem pedig okai.

Az 1831 és 2007 között megfigyelt északi sarkokAz 1831 és 2007 között megfigyelt északi sarkok sárga négyzetek. Az 1590 és 2020 közötti modellezett pólusok elhelyezkedése a kéktől a sárga felé haladó körök.

Az 1903 és 2000 között megfigyelt déli pólusokAz 1903 és 2000 között megfigyelt déli pólusok sárga négyzetek. Az 1590 és 2020 közötti modellezett pólusok elhelyezkedése a kéktől a sárga felé haladó körök. Forrás: NOAA/NCEI

A Föld magnetoszféráját befolyásoló messze legdrámaibb változások a pólusfordulók. A pólusváltás során a Föld mágneses északi és déli pólusa helyet cserél. Bár ez nagy dolognak tűnhet, a pólusváltások valójában gyakoriak a Föld geológiai történetében. A paleomágneses feljegyzések, beleértve a mágneses térerősség változásait is, azt mutatják, hogy a Föld mágneses pólusai az elmúlt 83 millió évben 183 alkalommal fordultak meg, és az elmúlt 160 millió évben legalább több százszor. A megfordulások közötti időintervallumok nagymértékben ingadoznak, de átlagosan körülbelül 300 000 év, és az utolsó fordulatra körülbelül 780 000 évvel ezelőtt került sor. A tudósok nem tudják, hogy mi mozgatja a pólusfordulók gyakoriságát, de valószínűleg a Föld köpenyében zajló konvekciós folyamatok okozzák.

A Föld északi mágneses pólusának helyzeteA Föld északi mágneses pólusának helyzete. Az ábrázolt pólusok dip-pólusok, azaz olyan pozíciók, ahol a mágneses mező iránya függőleges. A piros körök a közvetlen megfigyeléssel meghatározott északi mágneses pólusok helyzetét jelölik; a kék körök a GUFM modell (1590-1890) és az IGRF-12 modell (1900-2020) segítségével modellezett helyzeteket jelölik egyéves lépésekben. Az 1890-1900-as évek esetében a két modell között sima interpolációt végeztünk. A 2015 utáni modellezett helyek előrejelzések. Forrás: Cavit, CC BY 4.0, a Wikimedia Commonson keresztül.

A pólusváltás során a mágneses mező gyengül, de nem tűnik el teljesen. A magnetoszféra a földi légkörrel együtt továbbra is védi bolygónkat a kozmikus sugárzástól és a töltött naprészecskéktől, bár előfordulhat, hogy a részecskesugárzás egy kis részecske is lejut a Föld felszínére. A mágneses mező összezavarodik, és váratlan szélességi körökön több mágneses pólus is kialakulhat.

Ehelyett idővel szabálytalanul billegA Föld nem mindig a pólusain átívelő tengelyen forog. Ehelyett idővel szabálytalanul billeg, és a 20. század nagy részében Észak-Amerika felé sodródott (zöld nyíl). Ez az irány a Föld víztömegének változásai miatt drasztikusan megváltozott. Forrás: NASA/JPL-Caltech

Körülbelül 2000 előtt a Föld forgástengelye Kanada felé sodródottKörülbelül 2000 előtt a Föld forgástengelye Kanada felé sodródott (zöld nyíl, bal oldali földgömb). A JPL tudósai kiszámították, hogy a különböző régiókban a víztömegben bekövetkezett változások (középső földgömb) milyen hatással voltak a sodródás irányának kelet felé húzására és a sebesség felgyorsítására (jobb oldali földgömb). Forrás: NASA/JPL-Caltech

A kontinentális víztömeg és a Föld forgástengelyének kelet-nyugati irányú ingadozásaA kontinentális víztömeg és a Föld forgástengelyének kelet-nyugati irányú ingadozása közötti kapcsolat. Az eurázsiai vízveszteségek a forgástengely általános irányának keleti irányú kilengéseinek felelnek meg (fent), az eurázsiai vízveszteségek pedig nyugat felé tolják a forgástengelyt (lent). Forrás: NASA/JPL-Caltech

Senki sem tudja pontosan, hogy mikor következhet be a következő pólusváltás, de a tudósok tudják, hogy ezek nem egyik napról a másikra következnek be. Ehelyett több száz vagy ezer év alatt következnek be. A tudósoknak nincs okuk azt hinni, hogy a pólusváltás küszöbön áll.

Geomágneses polaritásGeomágneses polaritás az elmúlt 169 millió év során, a jura csendes zónába húzódva. A sötét területek a normál polaritású időszakokat, a világos területek a fordított polaritást jelölik. Forrás: Public domain

A Föld mágneses terének szuperszámítógépes modelljeiVégül vannak a “geomágneses kitérések”: a mágneses mező intenzitásának rövidebb ideig tartó, de jelentős változásai, amelyek néhány évszázadtól néhány tízezer évig tartanak. A kitörések körülbelül tízszer olyan gyakran fordulnak elő, mint a pólusfordulók. Egy kitérés a Föld mágneses pólusait akár 45 fokkal is átrendezheti korábbi helyzetükhöz képest, és akár 20 százalékkal is csökkentheti a mező erősségét. A kitérések általában inkább regionális, mint globális jellegűek. Az elmúlt 70 000 évben három jelentős kitérés történt: a 64 500 évvel ezelőtti norvég-grönlandi tengeri esemény, a 42 000 és 41 000 évvel ezelőtti Laschamps esemény, valamint a 34 500 évvel ezelőtti Mono-tó esemény.

Rampasek, László A.
Forrás: Alan Buis, NASA Sugárhajtási Laboratórium

Ahogy az éghajlati válság fokozódik...
... a ClimeNews – Hírportál nem marad csendben, számára a környezettel kapcsolatos beszámolás prioritás. Az éghajlati veszélyről, a természetről, a légköri szennyezésekről, és a járványokról szóló jelentéstétel olyan nagy hangsúlyt kap, amelyet megérdemel. A ClimeNews tudja és elismeri, hogy korunk meghatározó kérdése az éghajlati veszély. Olyan – még tabunak számító – információkat és összefüggéseket, amelyeket más médiák gyakran nem jelentetnek meg, azt mi megírjuk. A fajunk és a bolygónk számára ebben a kulcsfontosságú időben szándékunkban áll az olvasókat tudományos tényekre alapozott veszélyekről, következményekről, és megoldásokról tájékoztatni, nem politikai előítéletekre vagy üzleti érdekekre befolyásolva. Ezekben a viharos és kihívásokkal teli időkben milliók támaszkodnak már a ClimeNewsra, amely független az igazságot és a feddhetetlenséget képviseli.

Hónapról hónapra a cikkek olvasói teszik lehetővé, hogy a ClimeNews újságírás mindenki számára nyitva maradjon. Úgy gondoljuk, hogy mindenki megérdemli a tényadatokhoz való hozzáférést, függetlenül attól, hol élnek, vagy mit engedhetnek meg maguknak. Függetlenségünk azt jelenti, hogy szabadon kivizsgálhatjuk és megtámadhatjuk a hatalomban lévő személyek mulasztásait. Az önök segítségével továbbra is olyan nagy hatású tudósításokat fogunk nyújtani, amelyek képesek ellensúlyozni a félretájékoztatást, és hiteles, megbízható hírforrást nyújtanak mindenki számára. Mivel nincsenek részvényeseink vagy milliárdos tulajdonosaink, mi magunk határozzuk meg a napirendünket, és kereskedelmi és politikai befolyástól mentes, igazságkereső újságírást nyújtunk. Amikor még soha nem volt ennyire fontos, félelem és szívesség nélkül tudunk nyomozni és megkérdőjelezni gyanús ügyeket. Tájékoztatjuk olvasóinkat a környezeti veszélyekről tudományos tények alapján, nem üzleti vagy politikai érdekek által vezérelt módon. Számos fontos változtatást végeztünk stíluskalauzunkban annak érdekében, hogy az általunk használt nyelv pontosan tükrözze a környezeti katasztrófát és az azzal kapcsolatos összefüggéseket.

A ClimeNews - Hírportál úgy véli, hogy az éghajlati válsággal szembeni problémák rendszerszintűek, és alapvető társadalmi változásokra van szükség. Jelentéseket készítünk az egész világon élő egyének és közösségek, vállalatok erőfeszítéseiről, akik félelem nélkül állást foglalnak a jövő generációi számára és az emberi élet megőrzéséért a Földön. Azt akarjuk, hogy történeteik inspirálják a reményt. Jelentést készítünk a szervezetünkben elért haladásunkról mi is, mivel fontos lépéseket teszünk a környezetre gyakorolt ​​hatásaink kezelésére.

Reméljük, hogy ma fontolóra veszi a ClimeNews - Hírportál nyitott, független újságírás, jelentések támogatását. A ClimeNews újságírói tevékenységét ön is működtetheti, és segíthet fenntartani a jövőnket. Az olvasók minden támogatása, akár nagy, akár kicsi, nagyon értékes. Támogasson minket szabadon megválasztott összeggel egy biztonságos rendszeren keresztül - és csak egy percig tart. Ha teheti, kérjük, fontolja meg, hogy havonta rendszeres összeggel támogasson minket. Köszönjük.

ClimeNews TÁMOGATÁS

Amennyiben szeretnél értesítéseket kapni az új cikkek megjelenéséről, add meg az emailcímedet.

Mit jelent ez? Kapni fogsz egy rövid értesítést az új cikk címéről és pár mondatos rövid tartalmáról. Amennyiben érdekel a cikk, az ott található linkre kattintva felkeresheted a Hírportálunkat.