Co by się stało z życiem na Ziemi, gdybyśmy stracili pole magnetyczne?

Ziemię otacza niewidzialna, ale niezwykle ważna tarcza — pole magnetyczne, od którego w dużej mierze zależy, czy nasza planeta jest zdatna do życia. Warto przyjrzeć się, co dokładnie by się stało, gdyby ta ochrona nagle zniknęła.

Skąd bierze się ziemskie pole magnetyczne?

Pole magnetyczne Ziemi powstaje głęboko pod naszymi stopami, w płynnym jądrze zewnętrznym, około 3000 km pod powierzchnią. Poruszające się masy stopionego żelaza i niklu, w połączeniu z obrotem planety, generują prądy elektryczne, a te z kolei tworzą pole magnetyczne. Proces ten nazywany jest geodynamem i trwa nieprzerwanie od miliardów lat.

Tarcza przed wiatrem słonecznym

Słońce nieustannie wysyła w przestrzeń strumień naładowanych cząstek — wiatr słoneczny — z prędkością ponad miliona kilometrów na godzinę. Magnetosfera Ziemi odchyla większość z nich, chroniąc atmosferę przed powolną erozją i więżąc część promieniowania w pasach Van Allena. Przykładem jest Mars, który stracił globalne pole magnetyczne we wczesnej historii planety, kilka miliardów lat temu: sondy Cluster (ESA) i Mars Express wykazały, że przy porównywalnym wzroście ciśnienia wiatru słonecznego tempo ucieczki tlenu z jego atmosfery rosło około dziesięciokrotnie szybciej niż na Ziemi. Ostateczne tempo i skutki takiej utraty zależą jednak też od grawitacji, składu atmosfery i aktywności Słońca, więc Mars nie jest dokładnym modelem przyszłości Ziemi.

Animacja NASA: wiatr słoneczny oddziałuje z polem magnetycznym Ziemi, wywołując zorzę w rejonie biegunów — *Wizualizacja NASA: wiatr słoneczny wywołuje rekoneksję linii pola magnetycznego Ziemi i zorzę w rejonie biegunowych szczelin, gdzie część atmosfery ucieka w kosmos.*

Co konkretnie by się zmieniło?

Największe i najszybsze ryzyko dotyczyłoby satelitów i elektroniki kosmicznej, bezpośrednio wystawionych na strumień cząstek, a także astronautów i załóg samolotów na dużych wysokościach — atmosfera nadal chroniłaby ludzi na powierzchni. W dłuższej perspektywie, liczonej w milionach lat, ucieczka gazów z górnych warstw atmosfery mogłaby się nasilić. Brak stałego pola mógłby też utrudnić orientację i migracje części gatunków — ptaków, żółwi morskich czy łososi — które wykorzystują magnetorecepcję, choć wspierają się też innymi wskazówkami, jak Słońce czy gwiazdy.

Animacja NASA: przejście korony słonecznej w wiatr słoneczny, dane sondy STEREO — Wizualizacja NASA na podstawie danych sondy STEREO: granica między koroną Słońca a wiatrem słonecznym — miejsce, w którym słoneczne pole magnetyczne słabnie i uwalnia materię w przestrzeń kosmiczną.

Czy taki scenariusz nam grozi?

W ciągu ostatnich 200 lat ziemskie pole magnetyczne osłabło średnio o około 9%. Nad Ameryką Południową rozciąga się tzw. Anomalia Południowoatlantycka — obszar wyraźnie osłabionego pola, który według danych satelitów Swarm (ESA) powiększył się od 2014 roku o obszar niemal połowy Europy. Warto jednak rozróżnić dwa zjawiska: przebiegunowanie to nie to samo, co całkowity zanik pola. Jak podkreśla NASA, podczas przebiegunowania pole słabnie i się komplikuje, ale nigdy nie znika całkowicie — magnetosfera nadal chroni planetę, a same przejścia rozciągają się na setki lub tysiące lat, a nie następują z dnia na dzień. Pełne odwrócenia biegunów zdarzały się w historii Ziemi wielokrotnie, a życie trwało nieprzerwanie mimo tych wahań.

Animacja NASA: porównanie magnetosfer Ziemi, Marsa i Jowisza podczas uderzenia koronalnego wyrzutu masy — Wizualizacja NASA: ten sam wyrzut koronalny (CME) uderza jednocześnie w Ziemię, Marsa i Jowisza. Słaba magnetosfera Marsa nie zapobiega ucieczce atmosfery, pole Ziemi ugina się pod uderzeniem, ale chroni planetę, a ogromna magnetosfera Jowisza uderzenia praktycznie nie odczuwa.

Magnetyzm na wielką i małą skalę

Samo jądro Ziemi nie jest przy tym „magnesem" w potocznym sensie — w panujących tam temperaturach żelazo nie może trwale zachować uporządkowania magnetycznego, jakie mają magnesy stałe. Mimo to zjawisko magnetyzmu łączy obie skale: od pola całej planety po pole niewielkich magnesów stałych, które można trzymać w dłoni — na przykład magnesów neodymowych, jakich używa się dziś w wielu dziedzinach życia i przemysłu.

Bibliografia

NASA Science, Earth's Magnetosphere: Protecting Our Planet from Harmful Space Energy, https://science.nasa.gov/science-research/earth-science/earths-magnetosphere-protecting-our-planet-from-harmful-space-energy/

NASA Science, Earth's Magnetosphere, https://science.nasa.gov/science-research/planetary-science/earths-magnetosphere/

Buis A. (NASA Jet Propulsion Laboratory), Flip Flop: Why Variations in Earth's Magnetic Field Aren't Causing Today's Climate Change, NASA Science, https://science.nasa.gov/science-research/earth-science/flip-flop-why-variations-in-earths-magnetic-field-arent-causing-todays-climate-change

European Space Agency (ESA), Earth's magnetic field provides vital protection, https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Cluster/Earth_s_magnetic_field_provides_vital_protection

European Space Agency (ESA), Swarm reveals growing weak spot in Earth's magnetic field, https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/FutureEO/Swarm/Swarm_reveals_growing_weak_spot_in_Earth_s_magnetic_field

GFZ Helmholtz Centre for Geosciences, Geomagnetic South Atlantic Anomaly probably no evidence of reversing Earth's magnetic field, https://www.gfz.de/en/press/news/details/geomagnetic-south-atlantic-anomaly-probably-no-evidence-of-reversing-earths-magnetic-field

Lohmann K.J., Goforth K.M., Mackiewicz A.G., Lim D.S., Lohmann C.M.F., Magnetic maps in animal navigation, Journal of Comparative Physiology A, 2022, 208(1), 41–67, https://doi.org/10.1007/s00359-021-01529-8

Autor: TZI