Змена палюсоў Зямлі: перыядычнасць, наступствы. Зямля будучага

У нашай планеты ёсць магнітнае поле, якое можна назіраць, напрыклад, з дапамогай компаса. Яно ў асноўным утворыцца ў вельмі гарачым расплаўленым ядры планеты і, верагодна, мелася вялікую частку часу існавання Зямлі. Поле ўяўляе сабой дыполь, т. Е. У яго ёсць адзін паўночны і адзін паўднёвы магнітны полюс. У іх стрэлка компаса будзе паказваць прама ўніз або ўверх, адпаведна. Гэта падобна на поле магніта на халадзільнік. Аднак геамагнітныя поле Зямлі перажывае мноства невялікіх змен, што робіць аналогію незаможнай. У любым выпадку, можна сказаць, што ў цяперашні час ёсць два полюса, назіраныя на паверхні планеты: адзін у паўночным паўшар'і і адзін у паўднёвым.

Інверсіяй геамагнітнай поля называецца працэс, пры якім паўднёвы магнітны полюс ператвараецца ў паўночны, а той, у сваю чаргу, становіцца паўднёвым. Цікава адзначыць, што магнітнае поле можа часам падвяргацца экскурсіі, а не развароту. У гэтым выпадку яно перажывае вялікае зніжэнне яго агульнай сілы, то ёсць сілы, якая перамяшчае стрэлку компаса. Падчас экскурсіі поле не мяняе свайго кірунку, а аднаўляецца з той жа палярнасцю, то ёсць поўнач застаецца поўначчу і поўдзень поўднем.

Як часта адбываецца змена канцавоссяў Зямлі?

Як сведчыць геалагічная летапіс, магнітнае поле нашай планеты змяняла палярнасць шмат разоў. У гэтым можна пераканацца па заканамернасцям, выяўленым у вулканічных пародах, асабліва вынятых з дна акіяна. За апошнія 10 млн гадоў у сярэднім адбывалася 4 ці 5 разваротаў у мільён гадоў. У іншыя моманты гісторыі нашай планеты, напрыклад, падчас крэйдавага перыяду, былі больш працяглыя перыяды змены палюсоў Зямлі. Іх немагчыма прадказаць, і яны не носяць рэгулярны характар. Таму можна казаць толькі аб сярэдняй інтэрвале інверсіі.

Разгортваецца Ці магнітнае поле Зямлі ў цяперашні час? Як гэта праверыць?

Вымярэння геамагнітных характарыстык нашай планеты праводзіліся больш-менш пастаянна з 1840 года. Некаторыя вымярэння нават датаваныя XVI стагоддзем, напрыклад, у Грынвічы (Лондан). Калі паглядзець на тэндэнцыі змены сілы магнітнага поля за гэты перыяд, то можна ўбачыць яе зніжэнне. Праецыяванне дадзеных наперад у часе дае нулявы дыпольныя момант праз прыкладна 1500-1600 гадоў. Гэта з'яўляецца адной з прычын таго, чаму некаторыя лічаць, што поле можа знаходзіцца на ранніх стадыях інверсіі. З даследаванняў намагнічанасці мінералаў у старажытных гліняных гаршках вядома, што ў часы Старажытнага Рыма яно было ў два разы мацней, чым цяпер.

Тым не менш, бягучая сіла поля не з'яўляецца асабліва нізкай з пункту гледжання дыяпазону яе значэнняў за апошнія 50 000 гадоў, а з моманту, калі адбылася апошняя змена канцавоссяў Зямлі, прайшло амаль 800 000 гадоў. Акрамя таго, прымаючы пад увагу сказанае раней аб экскурсіі, і ведаючы пра ўласцівасці матэматычных мадэляў, далёка не ясна, ці можна экстрапаляваць дадзеныя назіранняў на 1500 год.

Як хутка адбываецца інверсія палюсоў?

Поўны запіс гісторыі хоць бы аднаго развароту адсутнічае, таму ўсе сцвярджэнні, якія можна зрабіць, у асноўным грунтуюцца на матэматычных мадэлях і часткова на абмежаваных доказах, атрыманых з горных парод, якія захавалі адбітак старажытнага магнітнага поля з часу іх фарміравання. Напрыклад, разлікі даюць падставу выказаць здагадку, што поўная змена канцавоссяў Зямлі можа заняць ад адной да некалькіх тысяч гадоў. Гэта хутка па геалагічных мерках, але павольна ў маштабе чалавечага жыцця.

Што адбываецца падчас развароту? Што мы бачым на паверхні Зямлі?

Як ужо было сказана вышэй, у нас маюцца абмежаваныя дадзеныя геалагічных вымярэнняў пра заканамернасці змены поля падчас інверсіі. Грунтуючыся на мадэлях, разлічаных на суперкампутарах, можна было б чакаць значна больш складанай структуры на паверхні планеты, пры якой маецца не адзін паўднёвы і адзін паўночны магнітны полюс. Зямлю чакае іх «падарожжа» ад свайго цяперашняга становішча па кірунку да экватара і праз яго. Агульная напружанасць поля ў любым пункце планеты можа скласці не больш за адну дзесятую яе значэння ў цяперашні час.

Небяспека для навігацыі

Без магнітнага шчыта сучасныя тэхналогіі будуць больш схільныя рызыцы ўздзеяння сонечных бур. Найбольш уразлівымі з'яўляюцца спадарожнікі. Яны не разлічаны вытрымліваць сонечныя штармы ў адсутнасць магнітнага поля. Так што, калі спадарожнікі GPS спыняць працу, то ўсе самалёты будуць пасаджаны на зямлю.

Вядома, у самалётах ў якасці рэзервовага сродкі ёсць компасы, але яны, безумоўна, не будуць дакладнымі падчас магнітнага зруху палюсоў. Такім чынам, нават самой магчымасці выхаду з ладу спадарожнікаў GPS будзе дастаткова, каб пасадзіць самалёты - у адваротным выпадку яны могуць страціць навігацыю падчас палёту.

Суда сутыкнуцца з тымі ж праблемамі.

азонавы пласт

Чакаецца, што падчас інверсіі магнітнага поля Зямлі азонавы пласт цалкам знікне (і зноў з'явіцца пасля гэтага). Буйныя сонечныя буры падчас развароту могуць выклікаць знясіленне азонавага пласта. Колькасць захворванняў на рак скуры ўзрасце ў 3 разы. Ўздзеянне на ўсе жывыя істоты цяжка прадказаць, але таксама можа мець катастрафічныя наступствы.

Змена магнітных палюсоў Зямлі: наступствы для энергасістэм

У адным даследаванні масіўныя сонечныя буры былі названыя верагоднай прычынай палярнай інверсіі. У іншым - вінаватым гэтага падзеі стане глабальнае пацяпленне, а яно можа быць выклікана падвышанай актыўнасцю Сонца. Падчас развароту зашытыя магнітнага поля не будзе, і калі адбудзецца сонечная бура, сітуацыя пагоршыцца яшчэ больш. Жыццё на нашай планеце не будзе закранута ў цэлым, і грамадства, якія не залежаць ад тэхналогіі, таксама будуць у поўным парадку. Але Зямля будучага жудасна пацерпіць, калі разварот адбудзецца хутка. Электрычныя сеткі перастануць функцыянаваць (іх можа вывесці іх з ладу вялікая сонечная бура, а інверсія паўплывае нашмат больш). Пры адсутнасці электрычнасці не будзе водазабеспячэння і каналізацыі, заправачныя станцыі перастануць працаваць, спыняцца пастаўкі харчавання. Працаздольнасць аварыйных службаў апынецца пад пытаннем, і яны не змогуць на нешта ўплываць. Загінуць мільёны, а мільярды сутыкнуцца з вялікімі цяжкасцямі. Толькі тыя, хто загадзя назапасіўся ежай і вадой, змогуць справіцца з сітуацыяй.

Небяспека касмічнага выпраменьвання

Наша геамагнітныя поле адказвае за блакаванне прыкладна 50% касмічных прамянёў. Таму пры яго адсутнасці ўзровень касмічнага выпраменьвання падвоіцца. Нягледзячы на тое, што гэта прывядзе да павелічэння мутацый, смяротных наступстваў гэта мець не будзе. З іншага боку, адной з магчымых прычын зруху палюсоў з'яўляецца павелічэнне сонечнай актыўнасці. Гэта можа прывесці да павелічэння колькасці зараджаных часціц, якія дасягаюць нашай планеты. У такім выпадку Зямля будучага падвергнецца вялікай небяспекі.

Ці захаваецца жыццё на нашай планеце?

Прыродныя катастрофы, катаклізмы малаверагодныя. Геамагнітныя поле знаходзіцца ў вобласці прасторы, званай магнітасфэру, якая фарміруецца дзеяннем сонечнага ветру. Магнітасфэра адхіляе не ўсе высокаэнергетычныя часціцы, якія выпраменьвае Сонца з сонечным ветрам і іншыя крыніцы ў Галактыцы. Часам наша свяціла асабліва актыўна, напрыклад, калі на ім шмат плям, і яно можа пасылаць аблокі часціц у кірунку Зямлі. Падчас такіх сонечных выбліскаў і корональные выкідаў масы, касманаўтам на калязямной арбіце, магчыма, спатрэбіцца дадатковая абарона, каб пазбегнуць больш высокіх доз радыяцыі. Таму мы ведаем, што магнітнае поле нашай планеты забяспечвае толькі частковую, а не поўную абарону ад касмічнага выпраменьвання. Акрамя таго, высокаэнергетычныя часціцы могуць нават паскарацца ў магнітасферы.

На паверхні Зямлі атмасфера дзейнічае як дадатковы ахоўны пласт, спыняе ўсе, акрамя найбольш актыўнага сонечнага і галактычнага выпраменьвання. Пры адсутнасці магнітнага поля атмасфера будзе па-ранейшаму паглынаць большую частку выпраменьвання. Паветраная абалонка абараняе нас так жа эфектыўна, як пласт бетону таўшчынёй 4 м.

без наступстваў

Чалавечыя істоты і іх продкі жылі на Зямлі на працягу некалькіх мільёнаў гадоў, за якія адбылося нямала інверсіі, і няма ніякай відавочнай карэляцыі паміж імі і развіццём чалавецтва. Сапраўды гэтак жа час разваротаў не супадае з перыядамі вымірання відаў, пра што сведчыць геалагічная гісторыя.

Некаторыя жывёлы, такія як галубы і кіты, выкарыстоўваюць геамагнітныя поле для навігацыі. Мяркуючы, што разварот займае некалькі тысяч гадоў, гэта значыць доўжыцца многія пакаленні кожнага віду, тады гэтыя жывёлы могуць добра адаптавацца да зменлівай магнітнай асяроддзі або развіць іншыя метады навігацыі.

Больш тэхнічнае апісанне

Крыніцай магнітнага поля з'яўляецца багатае жалезам вадкае знешняе ядро Зямлі. Яно здзяйсняе складаныя руху, якія з'яўляюцца вынікам канвекцыі цяпла глыбока ўнутры ядра і кручэнні планеты. Рух вадкасці бесперапынна і ніколі не спыняецца, нават падчас развароту. Яно можа спыніцца толькі пасля вычарпання крыніцы энергіі. Цяпло вырабляецца часткова з-за пераўтварэнні вадкага ядра ў цвёрдае, размешчанага ў цэнтры Зямлі. Гэты працэс здзяйсняецца бесперапынна на працягу мільярдаў гадоў. У верхняй частцы ядра, якая размешчана ў 3000 км ніжэй за ўзровень паверхні пад скалістай мантыяй, вадкасць можа перамяшчацца ў гарызантальным кірунку з хуткасцю дзесяткаў кіламетраў у год. Яе рух папярок існуючых сілавых ліній вырабляе электрычныя токі, а яны, у сваю чаргу, генеруюць магнітнае поле. Гэты працэс носіць назву адвекции. Для таго, каб збалансаваць рост поля, і тым самым стабілізаваць т. Зв. «Геодинамо», неабходная дыфузія, пры якой адбываецца «ўцечка» поля з ядра і яго разбурэнне. У канчатковым рахунку, паток вадкасці стварае складаную карціну магнітнага поля на паверхні Зямлі са складаным змяненнем ў часе.

кампутарныя разлікі

Мадэляванне геодинамо на суперкампутарах прадэманстравала складаны характар поля і яго паводзінаў з цягам часу. Разлікі таксама паказалі інверсію палярнасці, калі адбываецца змена канцавоссяў Зямлі. У такіх сімуляцый сіла асноўнага дыполя слабее да 10% ад нармальнага значэння (але не да нуля), а існуючыя полюса могуць вандраваць па ўсім зямным шары сумесна з іншымі часовымі паўночнымі і паўднёвымі полюсамі.

Цвёрдае жалезнае ўнутранае ядро нашай планеты ў гэтых мадэлях гуляе важную ролю ў кіраванні працэсам развароту. З-за свайго цвёрдага стану яно не можа генераваць магнітнае поле адвекцией, але любое поле, якое ўтвараецца ў вадкасці вонкавага ядра можа дыфундзіраваў, або распаўсюджвацца ва ўнутранае. Адвекция ў вонкавым ядры, здаецца, рэгулярна спрабуе інвертаваць. Але пакуль поле, замкнёным ва ўнутраным ядры, спачатку ня дыфундзіруе, рэальная змена магнітных палюсоў Зямлі не адбудзецца. Па сутнасці, ўнутранае ядро супраціўляецца дыфузіі любога «новага» поля і, магчыма, толькі адна з кожных дзесяці спроб такога развароту з'яўляецца паспяховай.

магнітныя анамаліі

Варта падкрэсліць, што, хоць гэтыя вынікі і з'яўляюцца цікавымі самі па сабе, невядома, ці можна іх аднесці да рэальнай Зямлі. Тым не менш, у нас ёсць матэматычныя мадэлі магнітнага поля нашай планеты за апошнія 400 гадоў з раннімі дадзенымі, заснаванымі на назіраннях маракоў гандлёвага і ваенна-марскога флоту. Іх экстрапаляцыя на ўнутраную структуру зямнога шара паказвае рост з цягам часу абласцей зваротнага патоку на мяжы ядра і мантыі. У гэтых кропках стрэлка компаса арыентавана, у параўнанні з прылеглымі раёнамі, у процілеглым кірунку - ўнутр або з ядра. Гэтыя ўчасткі з зваротным патокам ў паўднёвай частцы Атлантычнага акіяна ў першую чаргу нясуць адказнасць за паслабленне галоўнага поля. Яны таксама адказваюць за мінімальную напружанасць, званую Бразільскай магнітнай анамаліяй, цэнтр якой размешчаны пад Паўднёвай Амерыкай. У гэтай галіне часціцы з высокімі энергіямі могуць наблізіцца да Зямлі больш блізка, выклікаючы павышаны радыяцыйны рызыка для спадарожнікаў на нізкай калязямной арбіце.

Трэба будзе яшчэ шмат чаго зрабіць для большага разумення уласцівасцяў глыбіннага будынка нашай планеты. Гэта свет, дзе значэнні ціску і тэмпературы аналагічныя параметрам паверхні Сонца, і наша навуковае разуменне дасягае сваёй мяжы.