Jądro Ziemi zmieniło kierunek. Satelity złapały mocny moment
Satelity ESA pomogły wykryć zaskakującą zmianę w przepływie płynnego żelaza w jądrze zewnętrznym Ziemi. Na szczęście zjawisko nie zagraża ludziom, ale bardzo dużo mówi o polu magnetycznym.
Głęboko pod Pacyfikiem wydarzyło się coś, czego naukowcy nie potrafią jeszcze do końca wyjaśnić. Szeroki strumień ciekłego, bogatego w żelazo materiału w jądrze zewnętrznym Ziemi w okolicach 2010 r. zmienił kierunek: ze słabego przepływu na zachód przeszedł w silny ruch na wschód. Nie oznacza to na szczęście katastrofy ani nagłego zaburzenia pola magnetycznego, ale pokazuje, że serce naszej planety jest bardziej zmienne, niż do tej pory zakładano.
To nie całe jądro stanęło na głowie
Uporządkujmy na początek jedną ważną kwestię: Ziemia nie przekręciła jądra jak kulki w łożysku, a planeta nie zacznie przez to obracać się inaczej. Jeśli tak by było, to skutki mogłyby być wręcz katastrofalne. Chodzi o zmianę przepływu przy górnej granicy jądra zewnętrznego, czyli w warstwie znajdującej się ok. 2200 km pod naszymi stopami.
Jądro zewnętrzne Ziemi jest płynne i zbudowane głównie z żelaza oraz niklu. Otacza ono stałe jądro wewnętrzne i działa jak ogromny, bardzo gorący ocean metalu. Ten metal przewodzi prąd, porusza się, wiruje i miesza. Właśnie dzięki temu powstaje geodynamo, czyli naturalny mechanizm generujący ziemskie pole magnetyczne.
To pole chroni nas przed znaczną częścią naładowanych cząstek lecących ze Słońca. Bez niego Ziemia byłaby znacznie bardziej wystawiona na działanie wiatru słonecznego, a satelity, systemy nawigacyjne i infrastruktura kosmiczna miałyby dużo trudniejsze warunki pracy.
Satelity złapały sygnał z bardzo odległego miejsca
Do jądra Ziemi nie da się po prostu wwiercić. Najgłębsze odwierty człowieka sięgają zaledwie kilkunastu kilometrów, a jądro zewnętrzne zaczyna się tysiące kilometrów niżej. Naukowcy muszą więc korzystać z metod pośrednich: fal sejsmicznych, pomiarów pola magnetycznego, obserwacji zmian długości dnia i danych satelitarnych.
W tym przypadku kluczowe okazały się obserwacje magnetyczne z prawie 30 lat. Zespół kierowany przez Frederika Dahla Madsena z University of Edinburgh połączył dane z obserwatoriów naziemnych i misji satelitarnych. W analizie wykorzystano m.in. satelity Ørsted, CHAMP, CryoSat oraz konstelację Swarm Europejskiej Agencji Kosmicznej.
Swarm składa się z trzech satelitów wyposażonych w bardzo czułe magnetometry. Są to niezwykle czułe instrumenty mierzące pole magnetyczne. W tym przypadku chodzi o bardzo dokładne rozdzielenie sygnałów pochodzących z różnych źródeł: jądra, skorupy ziemskiej, oceanów, jonosfery i magnetosfery.
Dzięki temu można bardzo dokładnie odtworzyć, jak zmienia się pole magnetyczne Ziemi w czasie. A ponieważ to pole jest tworzone przez ruchy ciekłego metalu w jądrze zewnętrznym, jego subtelne zmiany pozwalają wnioskować, co dzieje się głęboko pod powierzchnią.
Pod Pacyfikiem przepływ po prostu zawrócił
Z historycznych modeli wynikało, że przepływ przy powierzchni jądra zewnętrznego jest w dużej mierze związany z ruchem na zachód. Taki ogólny obraz pasował do zachodniego dryfu pola magnetycznego. Rejon równikowego Pacyfiku był jednak słabszym elementem tego schematu, a najnowsza analiza pokazała, że właśnie tam wydarzyła się duża zmiana.
Od 1997 r. do ok. 2010 r. przepływ w tym obszarze był słaby i skierowany na zachód. Około 2010 r. przeszedł jednak w silny ruch na wschód. Co więcej, modele sugerują, że po 2020 r. ten wschodni przepływ zaczął tracić swój impet. Nie wiadomo jeszcze, czy był to krótkotrwały epizod, fragment dłuższego cyklu, czy przejście do nowego układu cyrkulacji w tej części jądra.
Najciekawsze w tym wszystkim jest jednak samo tempo. Gdy mówimy o jądrze Ziemi, to spodziewamy się zmian rozciągniętych na setki tysięcy lub miliony lat. Tymczasem tutaj regionalna reorganizacja przepływu pojawiła się w skali ok. dekady. To dla geofizyki bardzo krótki czas.
Co ma z tym wspólnego pole magnetyczne?
Musimy wiedzieć, że ziemskie pole magnetyczne nie jest nieruchome. Bieguny magnetyczne wędrują, natężenie pola zmienia się w czasie, a mapy magnetyczne trzeba aktualizować. Te powolne zmiany nazywa się zmiennością wiekową, choć niektóre z nich potrafią zachodzić znacznie szybciej, niż aż w ciągu wieku.
Naukowcy znają też zjawiska określane jako skoki geomagnetyczne. To nagłe zmiany tempa ewolucji pola magnetycznego, widoczne w danych pomiarowych. Nie są to katastrofalne przeskoki biegunów, lecz sygnały, że geodynamo we wnętrzu planety ma swoje gwałtowniejsze momenty.
Zmiana zaobserwowana pod Pacyfikiem jest tak naprawdę bardzo ważna, bo pomaga powiązać takie obserwacje z rzeczywistym ruchem ciekłego metalu przy granicy jądra i płaszcza. Granica jądro-płaszcz to strefa, gdzie płynny metal jądra zewnętrznego styka się z bardzo gorącymi, ale stałymi skałami dolnego płaszcza.
Jądro zewnętrzne też swoje już przeżyło
Badacze wskazują, że pojawienie się silnego wschodniego przepływu pod Pacyfikiem zbiegło się w czasie ze zmianami zachowania jądra wewnętrznego, które są wnioskowane z danych geodezyjnych i sejsmologicznych.
Jądro wewnętrzne jest stałe i znajduje się w centrum planety. Od lat trwa dyskusja, jak dokładnie obraca się względem reszty Ziemi i czy jego tempo ulega wahaniom. Jeśli zmiany w jądrze wewnętrznym są powiązane z ruchem płynnego metalu w jądrze zewnętrznym, oznaczałoby to, że najgłębsze warstwy planety są dynamicznie sprzężone bardziej złożenie.
To trochę tak, jakbyśmy obserwowali powierzchnię bardzo głębokiej rzeki, widzieli nagłą zmianę nurtu i próbowali zrozumieć, czy odpowiada za nią kształt dna, ciśnienie z boku, zmiana w dopływie, czy jeszcze głębszy mechanizm. Tyle że ta rzeka płynie z ciekłego metalu, a jej sygnał dociera do nas jako mikroskopijna zmiana pola magnetycznego.
Czy to może nam w jakimś stopniu zagrozić?
Z naukowego punktu widzenia nie ma najmniejszego powodu, by robić z tej historii zapowiedź rychłej katastrofy. Odkryta zmiana nie oznacza od razu, że ziemskie pole magnetyczne zaraz zniknie, odwróci się albo przestanie chronić naszą planetę. Nie ma też żadnych podstaw, by wiązać ją z trzęsieniami ziemi, wulkanami czy zmianami klimatu.
Przeczytaj także:
Nie znaczy to jednak, że odkrycie jest całkowicie bez znaczenia. Pokazuje ono, że duże regionalne zmiany w jądrze zewnętrznych mogą zachodzić szybciej, niż mogłoby się nam to wydawać. Jest to istotne chociażby dla modeli pola magnetycznego, nawigacji, prognozowania zmian magnetycznych czy funkcjonowania systemów satelitarnych. Pamiętajmy, że modele pola magnetycznego są powszechnie wykorzystywane w lotnictwie, geologii czy w badaniach kosmicznych.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
