Da vas netko pita možete li prstom pokazati prema sjevernom polu, većina bi prihvatila izazov i pokazala gdje se prema njihovom mišljenju nalazi, u relativnom odnosu na geografsku poziciju na kojoj se sami nalaze. Ipak, svi bi bili u krivu, čak da su i "naoružani" kompasom.
Problem s kompasom: Od Kanade do Sibira u 120 godina
Primjerice, ako se nalazite u Kaliforniji, igla kompasa mogla bi promašiti i za punih 18 stupnjeva, a to je ako, recimo, planinarite, razlika idete li ravno ili, recimo, ulijevo.
Igla kompasa pogrešno pokazuje i zbog činjenice da sam sjeverni pol nije što je bio prije otprilike 120 godina. Naime, 1900. godine sjeverni je pol bio u Kanadi. Stoljeće kasnije nalazio se pored Grenlanda. Posljednjih 18 godina sjeverni pol juri prema Sibiru u Rusiji, a neobično ponašanje Zemljina magnetskog polja tu ne završava jer, s vremena na vrijeme, ono mijenja i svoj polaritet.
Bilo je vremena u povijesti našeg planeta kad bi igla na kompasu pokazivala na ono što mi danas zovemo jugom. I dandanas postoje mjesta ispod površine na kojima bi igla kompasa pokazivala u krivom smjeru.
Larmorova teorija
Što se onda događa? Taj misterij ima duboke implikacije na tehnologiju i budućnost našeg planeta, stoga da bismo ga lakše shvatili, trebamo pogledati u samo središte Zemlje, no kako to baš i nije moguće u praksi, znanstvenici su iskoristili svoju kreativnost pa su pronašli tisućljećima stare magnete smrznute ispod površine Zemlje te oko njih napravili velike rotirajuće sfere tekućeg natrija.
Prije 100 godina irski fizičar Joseph Larmor sugerirao je kako je Zemljino magnetsko polje rezultat valjajuće, elektroprovodljive tekućine u središtu Zemlje, odnosno geodinama. Znanstvenici danas imaju mnogo razloga vjerovati u to da je Larmor bio u pravu.
Zemljina željezna unutarnja jezgra je vrlo vruća i mjeri 6000 Celzijevih stupnjeva, no nalazi se u čvrstom stanju zbog ogromnog pritiska. Zemljina vanjska željezna jezgra tekuća je i ima volumen koji je čak sedam puta veći od volumena Mjeseca. Kako se željezo hladi u vanjskoj jezgri, ono propada nazad prema unutrašnjoj jezgri i to konstatno kretanje tekuće vanjske jezgre, koja je puna elektrona, zapravo proizvodi magnetsko polje.
No da kretanje tekućeg dijela Zemljine jezgre ovisi samo o navedenom, magnetsko polje našeg planeta imalo bi relativno jednostavan oblik. Ipak, rotacija Zemlje gura Zemljinu tekuću jezgru u drugom smijeru i silom koja ovisi gdje se tekući dio jezgre nalazi unutar planeta. Naravno, tu treba uzeti u obzir i viskozitet tekućeg metala zbog različitih gustoća na različitim udaljenostima od unutarnjeg dijela jezgre.
Sve to čini izrazito kompliciran obrazac turbulentnih tokova unutar vanjske Zemljine jezgre, koji zauzvat proizvode zapetljane linije magnetskog polja.
Evo što znamo
Netko bi čak mogao reći da je, uzimajući sve navedeno u obzir, pravo čudo da magnetski sjeverni pol ne vrluda još više, no to nije tako zato što se tekuća jezgra zapravo kreće sporo.
Kad kažemo da je protok tekuće jezgre turbulentan, zapravo mislimo na vremenski period desetaka tisuća godina, naglašava za New Scientist Gary Glatzmaier sa Sveučilišta Kalifornija u Santa Cruzu.
Nakon svega zapravo ostaje nejasno – što nas zapravo sad čeka? Sjeverni pol juri prema Sibiru, no što to zapravo znači? Čeka li nas scenarij u kojem će se dogoditi i obrat magnetskih polova?
Znanstvenici ne očekuju da će se drastične promjene dogoditi brzo, no kad bi se i dogodile, to ne bi bilo dobro za nas. Zasad znamo da su se u posljednjih 83 milijuna godina dogodila 183 obrata magnetskih polja, a posljednji se dogodio prije 780.000 godina.
Isto tako, znanstvenici su analizom magnetskog kamenja starog 565 milijuna godina došli do spoznaje da je Zemljino magnetsko polje u tom periodu bilo čak 10 puta slabije nego danas, što je ujedno i najniži njegov intezitet ikad zabilježen.
Zemlja trenutačno prolazi kroz period od 75.000 godina u kojem njezino magnetsko polje posrće i brzo mijenja smjer i snagu, koja čas dolazi i čas odlazi.
Zemljine slabe točke
John Tarduno sa Sveučilišta Rochester u New Yorku, koji proučava Zemljinu jezgru i njezino magnetsko polje, za New Scientist kaže kako su njegova istraživanja otkrila da je dio Zemljine površine koji se proteže od Zimbabvea u Africi do Čilea u Južnoj Americi ekstremno slab. Naime, Zemljino magnetsko polje iznad navedenog dijela toliko je slabo da sateliti u orbiti trebaju zaštitu od solarnog vjetra kad se nalaze iznad njega kako im ne bi uništio elektroniku.
Isto tako, Tarduno i njegovi kolege otkrili su da se ispod površine tog dijela Zemlje s ekstremno oslabljenim Zemljinim magnetskim poljem nalazi magnetsko polje koje je potpuno obrnuto i gdje bi igla kompasa zapravo pokazivala na jug, a ne na sjever. To se područje nalazi ispod površine juga afričkog kontinenta.
Ponekad takve anomalije narastu dovoljno da se dogodi obrat čitavog Zemljina magnetskog polja, dodaje Tarduno. I sad se ponovno vraćamo na nama najbitnije pitanje – znači li ovo ubrzano kretanje sjevernog pola da je zapravo obrat Zemljina magnetskog polja neposredno blizu?
kako bi odgovorili na to pitanje, znanstvenici pokušavaju izraditi kompleksne računalne modele koji bi predvidjeli što bi se moglo dogoditi sa Zemljinim magnetskim poljem u budućnosti. No dok su ti računalni modeli komplicirani, nisu ni izbliza komplicirani kao stvarni događaji u Zemljinoj jezgi te mogu poslužiti tek za vrlo grube procjene.
Računalni modeli nisu rješenje za sve
Stoga, možda nam zapravo umjesto digitalnog treba fizički model, a za jedan takav skrbi Daniel Lathrop sa Sveučilišta Maryland. Riječ je o sferi tekućeg natrija omotanoj u sferu nehrđajućeg čelika. Promjer tog modela je tri metra, a čitava stvar teži 20 tona. U središtu te sfere nalazi se čvrsta jezgra promjera jednog metra koja se može neovisno rotirati brzinom i do 15 revolucija u sekundi. Magnetsko polje koje se stvara unutar tog modela prati 31 magnetometar raspoređen po površini sfere.
Kako bi Lathropov tim kompenzirao za razlike između Zemlje i svojeg modela, oni zapravo koriste provodljiviji metal i bržu rotaciju. Njihova sfera u punoj brzini može se okretati oko svoje osi četiri puta u sekundi.
Dosad su ovim modelom uspjeli pokazati da on može pojačati i održavati magnetsko polje, dokazujući time Larmorovu hipotezu geodinama. No model zasad nije uspio proizvesti magnetsko polje spontano kao što je to, vjeruju znanstvenici, slučaj sa Zemljinim magnetskim poljem.
Lathropovu eksperimentu možda nedostaje ključna komponenta – tim je uočio slab protok u tekućem metalu, uzrokovan precesijom, odnosno svojevrsnom ekstrarotacijom. Čini se da je za tu anomaliju u eksperimentu odgovorna sama Zemlja, odnosno rotacija našeg planeta.
Nijemci grade obećavajući eksperiment
U njemačkom Dresdenu gradi se nova, poboljšana verzija ovog eksperimenta. Njemački su znanstvenici 2018. godine proračunali da bi rotacija tekućeg natrija na dvije osi trebala spontano proizvesti magnetsko polje. Njihovi su proračuni oponašali samu precesiju Zemlje na 23,5 stupnjeva od vertikalne osi.
U praksi, gradi se ogroman cilindar ispunjen s osam tona tekućeg natrija koji će rotirati 10 puta u sekundi na jednoj osi te jednom u sekundi na drugoj.
Čitava stvar nije bez svojih sigurnosnih rizika pa se oko cilindra gradi zgrada namijenjena samo za eksperimente s tekućim natrijem, a oko nje zgrada namijenjena isključivo zaštiti u slučaju da stvari krenu po krivu.
Najcrniji scenarij
Sve to se isplati jer ako shvatimo kako funkcionira Zemljino magnetsko polje, onda možemo učiniti više u zaštiti naših energetskih mreža od solarnog vjetra, koji može probiti oslabljeno magnetsko polje ili otkloniti mogućnost da kozmičke zrake naškode ljudskoj populaciji na Zemlji.
U najgorem scenariju, Zemlji bi se mogao dogoditi scenarij Marsa, a to znači da bi konačna cijena bila propast života na Zemlji. Marsu je prije četiri milijarde godine magnetsko polje toliko oslabjelo da su solarni vjetrovi s njega otpuhali atmosferu i taj planet učinili negostoljubivom pustoši kakvu čovječanstvo danas poznaje i istražuje.
