Földünk újabb mágneses pólusváltás felé tart?

Számos szerepe mellett a Föld óriási mágnesként is funkcionál, mágneses erővonalai az északi pólustól a déli mágneses pólusig húzódnak. A mágneses erővonalak 2900 km-rel a lábunk alatt erednek bolygónk folyékony külső magjában, a köpeny és a szilárd belső mag között, és az olvadt vas mozgása által generált elektromos áramok táplálják. Ez a Föld körül egy védőbuborékot képez a kozmikus sugárzással szemben.

A mágneses mezővel kapcsolatos változások azonban továbbra is rejtélyesek, beleértve azt is, hogy mi okozza a pólusváltásokat és az elmozdulásokat. Az egyik ismert tény, hogy az idő múlásával ingadozik a mágneses mező a külső magban mozgó folyadék miatt, amelyet a belső magból felszabaduló hő és a bolygó forgása táplál. Ha az áramlás az óramutató járásával megegyező, akkor normális polaritásról van szó. Ha 180°-kal elmozdul az óramutató járásával ellentétes irányba, akkor polaritás-megfordulást tapasztalunk.

Az elmúlt 200 évben a mágneses mező erőssége 10 százalékkal gyengült. Ha ez a csökkenés a jelenlegi ütemben folytatódik, a modellek azt mutatják, hogy a mágneses mező körülbelül 1500-1600 éven belül nullára csökkenhet, ami kérdéseket vet fel azzal kapcsolatban, hogy egy újabb átfordulás vagy elmozdulás felé tartunk-e. Definíció szerint, ha a Föld több mint 100 000 évig megőrzi a polaritásváltást, a tudósok azt átfordulásnak nevezik, ha ennél rövidebb ideig tart, akkor kilengéseknek minősül. Az Egyesült Államok Nemzeti Repülési és Űrhajózási Hivatalának (NASA) adatai azt jelzik, hogy az elmúlt 83 millió évben a Föld mágneses pólusai 183-szor cserélődtek meg.

A kitérések tízszer olyan gyakran fordulnak elő, mint a átfordulások. A Brunhes-Matuyama esemény, a legutóbbi átfordulás óta a bolygó három jelentős kitérést tapasztalt: a Norvég-Grönland-tengeri eseményt (64.500 évvel ezelőtt), a Laschamps-tavat és a Mono-tavat (34.500 évvel ezelőtt). „Nehéz megjósolni a megfordulásokat vagy kitéréseket, mert mindenféle periodicitás nélkül történnek” – mondja William Brown, a Brit Földtani Szolgálat geomágnesességgel foglalkozó csapatának geofizikusa.

Ezen események hatása továbbra sem egyértelmű. Egy 2021-ben a Science folyóiratban megjelent tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy a Laschamps jelentős változásokat okozott a légköri ózonkoncentrációban, ami mindkét féltekén hatással volt az éghajlatra a közepes és magas szélességi körökön. A tanulmány megjegyezte, hogy az éghajlati eltolódások és a kihalási fázisok átfedésben voltak az eseménnyel.

Egy másik rejtély az északi mágneses pólus sodródása. Először 1831-ben jegyezték fel a kanadai sarkvidéken, és azóta több mint 1100 km-t mozgott Szibéria felé, az 1990-es évekbeli évi 16 km-ről mára évi 35 km-re gyorsulva. Eközben a déli mágneses pólus viszonylag stabil maradt, mindössze évi 5 km-t mozdul el. „Az északi és déli pólusok eltérő viselkedése a külső magban zajló folyamatokat tükrözi. Valószínűleg az áramlás turbulenciájának köszönhető, de még mindig nem értjük teljesen, miért gyorsul vagy lassul” – mondja Brown.

Az északi mágneses pólus vándorlása a megfigyelt (kék) és a modellezett (piros) eredmények alapján. Forrás: Az Egyesült Államok Nemzeti Repülési és Űrhajózási Hivatala (NASA)

A sok ismeretlen ellenére a tudósok egyre jobb eredményeket érnek el a Föld mágneses viselkedésének megértésében. „Ahogy a számítógépek egyre fejlettebbek lesznek, jobban tudjuk ábrázolni, hogyan keletkezik a mágneses mező, és milyen dinamika hajtja ezeket a változásokat” – mondja Brown. A kutatók a geomágneses megfigyelőközpontokra és műholdakra támaszkodnak a mágneses mező tanulmányozásában. Ezek a források együttesen átfogó képet adnak arról, hogyan fejlődik a mező az idők során.

A geomágneses obszervatóriumok azonban csak körülbelül egy évszázada működnek, és a műholdas adatok is csak néhány évtizede állnak rendelkezésre. A mágneses mező hosszabb távú megértéséhez a tudósok 1590-ig visszamenőleg elemzik a hajónaplókat, amelyek az iránytű irányát rögzítették.

A hajónaplók önmagukban azonban nem nyújtanak teljes geológiai képet. A hiányosság pótlására a tudósok geológiai és régészeti bizonyítékokhoz fordulnak, mintákat gyűjtve vulkanikus régiókból, tavakból, óceánokból és régészeti lelőhelyekről. A lávából képződött kőzetek, az óceáni és tavi üledékek, valamint az ősi kerámiák mind őrzik a geomágneses mező nyomait a keletkezésük idején. „Amikor a mező erősebb, több szemcse sorakozik fel az üledékben, ami erősebb mágnesezettséghez vezet” – mondja Bruce Buffett, a Kaliforniai Berkeley Egyetem professzora. 

Bár a tudósok egyelőre nem tudják megjósolni a geomágneses irányváltásokat vagy eltéréseket a távoli jövőre, a mágneses mező viselkedését akár öt évre előre is képesek előre jelezni. 2024 decemberében az Egyesült Államok Nemzeti Térinformatikai Hírszerző Ügynöksége és az Egyesült Királyság Védelmi Földrajzi Központja kiadta a frissített Világmágneses Modellt, amelyet katonai és polgári navigációs rendszerek használnak. „Az előrejelzések elkészítéséhez elemezzük a legújabb méréseket, és extrapoláljuk a trendeket előre” – mondja Brown. A tudósok optimisták, hogy a számítási erőforrások jövőbeli fejlesztései lehetővé teszik majd a nagyobb felbontású modelleket, amelyek közelebb visznek minket a bolygó mágneses viselkedésének megértéséhez és előrejelzéséhez.