Miért következik be mágneses pólusváltás?

Amikor Földünk még izzó, olvadt gömb volt, a fiatal bolygó ásványai lassan elkülönültek. A nehezebb anyagok, mint például a vas és a nikkel, lesüllyedt, és belőlük lett a gömbalakú földmag. A hatalmas belső nyomás megszilárdította a mag mintegy 2500 kilométer átmérőjű fémgömbjét, de a felszínhez közelebb, ahol kisebb volt a nyomás, a vas és a nikkel folyékony maradt. E folyékony külső mag mozgásai gerjesztik a Föld mágneses mezejét.

Bolygónk mágneses mezeje „hasznos” képződmény: megvéd bennünket a Nap felől a bolygók és a csillagközi tér felé tartó töltött részecskeáramlás káros hatásaitól, létfontosságú a Föld körül keringő műholdak navigációja szempontjából, és segíti a költöző madarakat is a tájékozódásban. Mágneses pólusváltás átlagosan 200 ezer évente következik be, ám hozzá kell tennünk, hogy a két pólusváltás között eltelt idő széles sávban mozog. A geológiai bizonyítékok szerint bolygónkon utoljára 780 ezer évvel ezelőtt történt.

A dinamóhatás számítógépes modellezése

A jelenleg érvényes tudományos elméletek szerint a bolygók mágneses terét az úgynevezett dinamóhatás kelti. A dinamóelv lényege földi kísérletekben az, hogy ha egy fémkorong mágneses mezőben pörög, akkor az így keletkezett erő az elektronokat a korong középpontja felé taszítja.

Amíg a korong forgásban van, addig az elektronok mozgása – az elektromos áram(lás) –mágneses mezőt indukál, vagyis a mágneses és az elektromos jelenségek egymást gerjesztik, erősítik. Sajnos meggyőződni nem tudunk róla, hogy bolygónk belsejében, 6400 kilométer mélyen valóban ilyen folyamatok zajlanak. Számítógépes szimulációk segítségével azonban közelebb kerülhetünk megértésükhöz.

A Los Angelesi Kalifornia Egyetem kutatóinak számítógépes modellje a dinamóelvet leíró fizikai egyenleteken alapul. A számítógép folyamatosan halad az egyenletek megoldásával, az eddigi leghosszabb idő, amit eddig tanulmányozni sikerült mágneses mezőnk múltjából, 500 ezer év volt.

Hurrikánszerűen terjednek

A modell tanulmányozása közben a kutatók felismerték, hogy a dinamóhatás következtében új mágneses erővonalak keletkeznek, amelyek normálisan a már létező erővonalak irányába állnak fel. Abban a pillanatban azonban, ha bármiféle mozgás, csavar, anomálisa keletkezik a külső magban, az új mágneses erővonalak iránya megváltozik, elindul egy folyamat a pólusváltás irányába.

A folyékony külső magban keletkezett instabilitás fokozatosan tovább vándorol, körülbelül egy szélességi fokot évente. A folyamat leginkább a hurrikánok terjedéséhez hasonlítható, ám annál jóval lassúbb.

A külső magban keletkezett legtöbb instabilitás átmeneti jellegű, egy idő után elveszti erejét. Néha azonban a körülmények kedvezőek ahhoz, hogy egyre nagyobb és nagyobb legyen. A meglévő mágneses mező ekkor gyengülni kezd. Ha a folyamat a teljes mag körül körbe ér, akkor bekövetkezik a mágneses pólusváltás. A múltban a váltás időtartama kétezer és 11 ezer esztendő között mozgott. Az Egyenlítő környékén relatíve gyors (2000 éves) volt a váltás, a sarkvidékeken hosszabb, ott fordul elő a 11 ezer éves felső határ. A váltás átlagos időtartama egyébként 7000 év, s mindezt harminc különböző helyszínről származó óceáni rétegmintából állapították meg a geológusok.

A geofizikusok ma már meg tudják határozni a Föld köpenye és külső magja határán lévő azon pontokat, ahol ezek az instabilitások keletkeznek. A közelmúltban egy ilyen hullámzás keletkezett például az Atlanti-óceán közép-keleti régiójában. Hurrikánhoz hasonlóan az anomália tovább söpört a Karib-szigetek, majd Észak-Amerika felé. A mágneses mezőben bekövetkezett változások több évtizedes követésével kiderül majd, hogy ebből a kis hullámból keletkezik-e valamilyen nagyobb változás.

Az instabilitások gyengítik a Föld mágneses mezejét. Ma körülbelül 10-15 százalékkal gyengébb, mint amikor 1845-ben a német matematikus, Karl Friedrich Gauss mérni kezdte.