Η Γη είναι μοναδική στο ηλιακό σύστημα για διάφορους λόγους: είναι ο μόνος πλανήτης με ατμόσφαιρα οξυγόνου, κατάλληλη για την αναπνοή μας, καλύπτεται από υγρό νερό και είναι το μόνο ουράνιο σώμα (απ' όσο γνωρίζουμε) που φιλοξενεί ζωή. Ένα χαρακτηριστικό που κάνει τον πλανήτη μας ξεχωριστό, ωστόσο, είναι ότι είναι το μόνο βραχώδες σώμα στο εσωτερικό του ηλιακού συστήματος με ισχυρούς μαγνητικούς πόλους.
Αλλά από πού προέρχονται αυτοί οι πόλοι και τι κάνουν; Για να απαντήσουμε σε αυτά τα ερωτήματα, ας ξεκινήσουμε με ένα ταξίδι στο κέντρο του πλανήτη μας. Ο πυρήνας της Γης χωρίζεται σε δύο στρώματα: τον στερεό εσωτερικό πυρήνα και τον λιωμένο μεταλλικό εξωτερικό πυρήνα. Και τα δύο στρώματα αποτελούνται από ένα «κοκτέιλ» μαγνητικού σιδήρου και νικελίου, με μερικές «πινελιές» ελαφρύτερων στοιχείων, όπως οξυγόνο, πυρίτιο και θείο.
Ο εσωτερικός πυρήνας είναι εξαιρετικά πυκνός και καυτός, σαν γιγάντιο πυρακτωμένο μάρμαρο. Αλλά ο εξωτερικός πυρήνας είναι ρευστός και στροβιλίζεται γύρω από αυτή τη στερεά μάζα με το δικό του ρεύμα μεταφοράς. Αυτή η συνεχής μεταφορά είναι που δημιουργεί το μαγνητικό πεδίο της Γης, εξηγεί στο Live Science ο John Tarduno, γεωφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ στη Νέα Υόρκη.
Καθώς η θερμότητα από τον εσωτερικό πυρήνα ακτινοβολείται συνεχώς προς τον εξωτερικό πυρήνα, συναντά υλικό που ψύχεται από την τεκτονική δραστηριότητα των πλακών. Αυτός ο κύκλος κινεί τη συναγωγή, δημιουργώντας το λεγόμενο γεωδυναμικό που παράγει το μαγνητικό πεδίο.
Άλλοι πλανήτες, όπως ο Άρης και η Αφροδίτη, δεν έχουν μαγνητικά πεδία, εν μέρει επειδή δεν έχουν τεκτονικές πλάκες. Τα στοιχεία δείχνουν ότι αυτοί οι πλανήτες μπορεί κάποτε να είχαν αυτοσυντηρούμενο γεωδυναμικό, αλλά ότι αυτό σταμάτησε για άγνωστους λόγους. Ο Ερμής έχει ένα ασθενές μαγνητικό πεδίο, αλλά είναι μόνο 1,1% τόσο ισχυρό όσο της Γης και δεν κάνει πολλά για να προστατεύσει τον πλανήτη από την ηλιακή ακτινοβολία.
Καθώς το υγρό μέταλλο στον εξωτερικό πυρήνα της Γης ρέει, η κίνησή του και η υψηλή περιεκτικότητά του σε σίδηρο αναγκάζουν τον πλανήτη να λειτουργεί σαν ένας τεράστιος διπολικός μαγνήτης, με έναν αρνητικά φορτισμένο πόλο και έναν θετικά φορτισμένο πόλο. Περίπου το 80% του μαγνητικού πεδίου της Γης είναι οργανωμένο με αυτόν τον τρόπο, αλλά το υπόλοιπο 20% είναι μη διπολικό. Αντί να σχηματίζει παράλληλες ζώνες μαγνητικής δύναμης, υπάρχουν ορισμένες περιοχές όπου το πεδίο στροβιλίζεται και στροβιλίζεται, συμπεριφερόμενο όπως τα καιρικά φαινόμενα που αιωρούνται.
Αυτά τα ακανόνιστα μοτίβα δημιουργούν περίεργα σημεία στο μαγνητικό πεδίο - μέρη όπως η Ανωμαλία του Νότιου Ατλαντικού, ένα μεγάλο τμήμα του Ατλαντικού Ωκεανού όπου η ένταση της γήινης μαγνητόσφαιρας πέφτει δραματικά. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτό το "βαθούλωμα" στο μαγνητικό πεδίο οφείλεται σε ασυνήθιστη τεκτονική δραστηριότητα κάτω από την Αφρική. Περιοχές όπως η Ανωμαλία του Νοτίου Ατλαντικού είναι συναρπαστικές, αλλά και ανησυχητικές, για δύο λόγους.
"Η μαγνητόσφαιρα είναι σαν ένα προστατευτικό περίβλημα", εξηγεί ο Joshua Feinberg, γεωλόγος που ειδικεύεται στον παλαιομαγνητισμό στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα. Βοηθά στην εκτροπή τεράστιων ποσοτήτων επικίνδυνης ηλιακής ακτινοβολίας μακριά από τη Γη, λειτουργώντας σαν ένα πλανητικό στρώμα «αντηλιακού». Σε περιοχές όπου η μαγνητόσφαιρα είναι αδύναμη, διαρρέουν επιπλέον δόσεις ακτινοβολίας, οι οποίες ενδεχομένως συμβάλλουν σε υψηλότερα ποσοστά καρκίνου του δέρματος.
"Μια άλλη ανησυχία είναι η επίδραση στους δορυφόρους", δήλωσε ο Tarduno. Οι εκρήξεις ακτινοβολίας από τον ήλιο που ονομάζονται στεμματικές εκτοξεύσεις μάζας μπορούν να καταστρέψουν δορυφόρους και άλλα διαστημόπλοια εάν δεν προστατεύονται από το μαγνητικό πεδίο της Γης. Αυτό μπορεί να έχει καταστροφικές συνέπειες για τις τηλεπικοινωνίες, την πρόσβαση στο διαδίκτυο και τις υπηρεσίες GPS σε περιοχές που επηρεάζονται από ανωμαλίες.
Η ανωμαλία του Νότιου Ατλαντικού μπορεί να έχει ηλικία 11 εκατομμυρίων ετών, σύμφωνα με μια εργασία του 2020 που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό PNAS, και μπορεί να συνδέεται με ένα άλλο φαινόμενο του πλανητικού μαγνητικού πεδίου: την αντιστροφή των πόλων.
Η ιστορία του μαγνητικού πεδίου της Γης είναι γραμμένη στις αρχαίες ροές λάβας και στα ιζήματα βαθιάς θάλασσας. Αυτοί οι τύποι βραχώδους υλικού είναι πλούσιοι σε μαγνητικά μεταλλικά θραύσματα, όπως μικροσκοπικά κομμάτια σιδήρου, τα οποία προσανατολίζονται κατά μήκος των γραμμών του μαγνητικού πεδίου. "Τελικά, αυτή η αρχική ευθυγράμμιση εγκλωβίζεται στα ιζήματα, και παίρνουμε αυτά τα αρχεία βαθιών χρόνων για το πώς ήταν προσανατολισμένο το μαγνητικό πεδίο της Γης", δήλωσε ο Feinberg.
Από αυτά τα αρχεία, οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι οι μαγνητικοί πόλοι του πλανήτη μας μετατοπίζονται με την πάροδο του χρόνου. Επί του παρόντος, ο γεωγραφικός Βόρειος Πόλος απέχει περίπου 310 μίλια (500 χιλιόμετρα) από τον αντίστοιχο μαγνητικό πόλο. Και περίπου κάθε 300. 000 χρόνια, οι πόλοι αναποδογυρίζουν ξαφνικά, αντιστρέφοντας τον μαγνητικό βορρά και νότο, σύμφωνα με τη NASA.
Ωστόσο, το παλαιογεωμαγνητικό αρχείο δείχνει ότι δεν έχει συμβεί πλήρης αντιστροφή του πόλου εδώ και περίπου 780.000 χρόνια. Ορισμένοι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτό σημαίνει ότι μας περιμένει μια ανατροπή - και ότι η ισχύς της Νοτιοατλαντικής Ανωμαλίας μπορεί να υποδηλώνει ότι αυτή είναι κοντά. Αν οι πόλοι αντιστραφούν, το μαγνητικό πεδίο της Γης θα πέσει στο 20% της ισχύος του, ενδεχομένως για αιώνες. Ένα τέτοιο γεγονός θα βύθιζε το σημερινό παγκόσμιο σύστημα επικοινωνιών μας σε σύγχυση. Ωστόσο, άλλες μελέτες δείχνουν ότι αυτή η μεταστροφή δεν πρόκειται να γίνει σύντομα.
Όπως και να έχει, είπε ο Feinberg, η μελέτη του εσωτερικού του πλανήτη μας και του παλαιογεωμαγνητικού αρχείου θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε την πολύπλοκη αλληλεπίδραση μεταξύ της μαγνητόσφαιρας και της ζωής στη Γη - και ενδεχομένως να μας βοηθήσει να προετοιμαστούμε για μελλοντικές αλλαγές.