Усі ми живемо всередині невидимого поля, яке пронизує кожну клітину нашого тіла і впливає на глобальні процеси на Землі. Магія тут ні до чого. Мова лише про магнітне поле нашої планети й небезпеки, міфічні та справжні, які воно може спричинити.
Стрілка компаса
«Магнітне поле Землі слабшає! Магнітні полюси зміщуються! Наближається інверсія полюсів! Людству загрожує небезпека!». Чули колись таке? Майже напевно, що навіть цього року вже встигли почути.
Магнітного поля нашої планети ми не бачимо, проте воно пронизує усе навколо нас і відіграє надзвичайно важливу роль в існуванні життя на Землі. Тому будь-який натяк на те, що з його боку може бути якась небезпека, легко призведе до паніки.
А найкращий засіб від паніки — це розуміти, як влаштована потенційно небезпечна річ. З магнітним полем нашої планети це нелегко, але є чудова стартова точка. Стрілка компасу. Цим пристроєм люди користуються вже не одну сотню років і знають, що він завжди показує на північ.
При цьому компас аж ніяк не є магічним артефактом. Для того, аби його створити, можна взяти звичайну металеву голку, намагнітити її, наприклад, потерти різні кінці різними сторонами магніту і підвісити на нитці. Вона завжди буде вказувати на полюс, якщо, звичайно, поряд немає іншого магніту чи великого шматка заліза.
Утім, якщо ви уявите собі магнітне поле Землі як величезну кількість намагнічених голок, що підвішені в різних місцях, то помилитеся не так вже й сильно. Але як воно виникає?
Динамо всередині Землі
Головний принцип, який треба засвоїти для розуміння магнітного поля, такий: рух електричних зарядів породжує магнітне поле, а магнітне поле примушує заряджені частинки рухатися. Разом це явище називається електромагнетизмом. Він має неймовірно велику кількість проявів, але насамперед варто запам’ятати, що для того, аби таке потужне магнітне поле, як Земне, виникло, треба, щоб заряджені частинки рухалися відносно провідників.
У випадку нашої планети цей рух відбувається у внутрішньому ядрі, що розташоване в самому центрі нашої планети, зовнішньому ядрі, яке його оточує, та частково у мантії, якою оточені перші два.
Внутрішнє ядро містить велику кількість заліза та нікелю і є твердим, попри те, що його температура складає близько 5400°С. Його діаметр становить майже 2440 км. Воно оточене зовнішнім ядром, яке починається на глибині 2890 км під поверхнею нашої планети.
У зовнішньому ядрі також багато заліза та нікелю, хоча там вистачає і кисню з сіркою. І цей шар перебуває вже не у твердому стані, а є в’язкою рідиною. Його можна порівняти зі сметаною. Тільки треба пам’ятати, що існує вона за температури близько 4400°C і шаленого тиску.
Матеріал зовнішнього ядра є струмопровідним. При цьому швидкість обертання внутрішнього ядра трохи відрізняється від решти планети. У результаті цього у зовнішньому ядрі виникають конвективні потоки, які, по суті, і є рухом зарядів. Процес цей насправді достатньо складний, оскільки у ньому також беруть участь такі сили, як тертя на межі внутрішнього та зовнішнього ядер, виникнення в них електричних струмів, тепломасопередача у зовнішні шари та багато інших факторів. Ця модель називається геодинамо, оскільки механізм її дії подібний до одного з найпростіших генераторів електричного струму — динамомашини.
Прояви магнітного поля Землі
Зрештою, результат усього цього процесу однозначний — утворюється гігантський магнітний диполь. Його можна уявити за допомогою вже згаданих підвішених на нитці голок. Якщо уявити величезну їхню кількість, то вони будуть утворювати замкнені дуги, що виходять з одного магнітного полюса і входять в інший. Вони називаються силовими лініями магнітного поля і насправді є достатньо уявними. Це просто візуалізація напрямку, в якому діють спричинені електромагнетизмом сили. Саме вони й розвертають голку компаса у певному напрямку.
Ще багато століть тому люди помітили, що стрілка компаса вказує не точно на географічний полюс Землі, який добре обраховується за рухом небесних світил, а кудись трохи в бік від нього. Це означає, що орієнтація диполя всередині Землі не зовсім збігається із віссю нашої планети, й у цьому немає нічого дивного, якщо згадати, що виникає він у шарі рідини, яка динамічно рухається.
Варто зазначити, що силові лінії магнітного поля Землі не закінчуються над її поверхнею. Вони тягнуться на багато тисяч кілометрів навколо поверхні, й саме ця їхня частина є насправді найважливішою для життя на нашій планеті. Адже саме там вони зупиняють заряджені частинки, що летять до нас від Сонця та інших зір.
Частково їх здатна поглинати атмосфера планети або, якщо говорити про те життя, що ховається в глибинах океанів, товща води. Але без магнітних полів впоратися із цим завданням їм було б складно.
Про потужність магнітного поля Землі яскраво свідчать полярні сяйва. Енергію їм постачають заряджені частинки, які були спіймані лініями магнітного поля та спрямовані ними до полярних зон, де входять в атмосферу. Там вони взаємодіють із молекулами газів, які гальмують їх і перетворюють небезпечну енергію на видиме світло. Інтенсивність полярного сяйва демонструє, яку кількість потенційно шкідливої для життя енергії перехоплює і нейтралізує взаємодія магнітного поля та атмосфери.
Магнітні аномалії та рух полюсів
Усе вищесказане — це лише спрощена схема функціонування магнітного поля Землі. Насправді з ним усе ще складніше через наявність магнітних аномалій. Це зони на Землі, які генерують власні магнітні поля. Наприклад, вони утворюються в районах серединних океанічних хребтів, де народжується нова кора. Там вони мають вигляд смуг, що паралельні до самих розломів.
Інша велика група аномалій — ті, що пов’язані з підземними магматичними потоками. Як уже було вказано, у зовнішньому ядрі Землі відбувається складний перерозподіл маси та енергії, й частина її переходить у мантію — шар, який розташований між ядром та корою нашої планети. Він теж гарячий, рідкий, в’язкий і до певної межі електропровідний.
У мантії Землі можуть виникати потужні потоки завдовжки тисячі кілометрів. І якщо там присутній рух зарядів, то вони генерують власні магнітні поля, які мають розмір менший за загальнопланетний, але все одно можуть розтягуватися ледь не на цілий континент.
Нарешті, можуть бути локальні магнітні аномалії, розмір яких не перевищує кількох десятків кілометрів. Вони пов’язані з наявністю під землею на значно меншій глибині якихось мінералів (найчастіше це залізні руди), які теж можуть проводити струм і намагнічуватись.
Усі ці аномалії накладаються на глобальне магнітне поле і можуть призводити до його викривлення. Наприклад, добре відомо, що якщо під землею є руда, то в тому місці компас може почати крутитися як скажений.
Найбільше на магнітне поле нашої планети впливають аномалії, що пов’язані з мантійними потоками. Через них магнітні полюси Землі можуть відрізнятися від географічних навіть сильніше, ніж це зумовлено орієнтацією диполя, що пов’язаний з ядром Землі. Власне, північний та південний полюси нашої планети взагалі розташовані так, що вісь, проведена через них, не проходить через геометричний центр Землі.
Крім того, магнітні полюси нашої планети рухаються. Пов’язано це все з тими ж мантійними потоками, які хоч і повільно, але весь час змінюють напрямок свого руху. Найяскравіше це простежується за північним магнітним полюсом: у ХІХ–ХХ століттях він переміщувався територією Канадського Арктичного архіпелагу, а в останні десятиліття досить швидко рухається через Північний Льодовитий океан у напрямку до Євразії.
Чи є у цьому процесі щось небезпечне, чи хоча б незвичне? Відповідь на перше питання — майже напевно, ні. Адже загальна потужність великого диполя магнітного поля від цього не змінюється, а це означає, що і його захисні властивості не змінюються.
Відповідь на друге запитання дати набагато складніше. Вчені спостерігають за північним магнітним полюсом лише кілька століть. Практично весь цей час він рухався, причому достатньо хаотично і зі зміною швидкістю, тож і у сучасному русі немає нічого дивного.
Проте ніхто не може на 100% виключити, що до того він пару тисяч років не стояв на місці. З тієї достатньо обмеженої інформації, яку ми маємо про мантійні потоки, практично кожен розвиток подій можна вважати природним. Стверджувати, що вони є ознакою катастрофи, що насувається, не зможе ніхто.
Інверсії магнітного поля Землі
Нарешті, варто згадати про те, що найбільше викликає страх серед людей. Інверсії магнітного поля. Це такі ситуації, коли воно змінює свою полярність, і північний магнітний полюс стає південним, і навпаки.
Звучить страшно, але саме по собі жодних великих наслідків це явище не має. Географічні полюси залишаються на місцях. Земля не перевертається і ніхто нікуди з неї не падає. Просто змінюється напрямок силових ліній, і стрілка компаса починає вказувати на південь. Незвично, але прямої загрози людству немає.
Проте під час цієї події, особливо на початковому та кінцевому етапах, напруженість поля може знижуватися до нуля. І якби ж тільки на Землі. Те саме відбувається і з тими магнітними полями, що простягнулися у космосі. А це означає, що їхня здатність затримувати високоенергетичні частинки різко знижується, і ті починають частіше влучати у клітини живих організмів.
Це може тривати сотнями, тисячами й десятками тисяч років, через що живі організми теоретично можуть померти від радіаційного ураження. І саме цього насправді бояться вчені, коли йдеться про те, що магнітне поле Землі може зникнути.
Чим саме викликані інверсії магнітного поля Землі — сказати важко. Скоріш за все, відповідь криється десь у непередбачуваних потоках речовини у зовнішньому ядрі нашої планети.
Проте впадати в паніку не варто. Річ у тім, що зміни полярності магнітного поля добре відстежуються по тих самих поперечних магнітних аномаліях поблизу океанічних хребтів. І вони підказують науковцям, що такі події тільки за останні кілька сотень мільйонів років траплялися десятки разів.
Якби вони справді призводили до масових вимирань, то палеонтологи точно це помітили б. Але нічого подібного не спостерігалося. Наприклад, востаннє магнітне поле Землі змінювало полярність близько 42 тис. років тому. Це так звана подія Лашамп. Вона вважається дуже короткою, однак під час неї впродовж кількох століть напруженість поля складала лише 25 % від сучасної, а на початку і в кінці взагалі падала до 5 %, тобто у 20 разів.
Людство у цей час вже існувало і мало б зазнати якихось проблем, але палеонтологи нічого подібного не бачать. Є гіпотези, що подія Лашамп могла спричинити вимирання австралійської мегафауни або неандертальців, але наразі вони здаються малоймовірними й недостатньо обґрунтованими.
А до того була ще подія Брюнес — Матуяма, яка розпочалася 781 тис. років тому і тривала цілих 22 тис. років. Ніяких особливих вимирань, особливо серед предків людей, не спостерігалося. Але при цьому сліди радіоактивного вуглецю та інших елементів, що свідчать про посилення радіаційного фону в зразках, зокрема і біологічних, присутні.
Остаточної розгадки в усього цього немає. Скоріш за все, ми просто переоцінюємо можливий вплив посилення сонячної радіації на живих істот при зникненні магнітного поля. У сучасному цивілізованому світі з його суцільним медичним контролем, ми, найімовірніше, зафіксували б сплеск онкологічних захворювань. Але під час кам’яної доби смертність від радіації лишалася відносно непомітною на тлі інших причин.
Зараз багато говорять про повільне зниження напруженості магнітного поля Землі. Скоріш за все, це природний процес, який не є чимось унікальним. Проте з огляду на усе, що відомо про цей процес у минулому, і те, як він впливав на живих істот, якихось катастрофічних наслідків очікувати не варто.
