Jordens magnetfelt og vandrende polakker

Se for deg en stangmagnet inne i Jorden, mer eller mindre på linje med aksen, der endene av magneten ligger nær de geografiske nord- og sørpolene av planeten. Magnetfeltlinjene beveger seg fra nordpolen til magneten, og løkker tilbake rundt for å gå tilbake inn mot sørpolen. Ved hver pol er magnetfeltlinjene nesten vertikale.

Selv om det definitivt ikke er en magnetisk stang inne i Jorden, oppstår det samme fenomenet rundt Jorden, og skaper et beskyttelsesområde rundt hele planeten som kalles magnetosfæren, ifølge NASA. Jordens magnetosfære beskytter oss mot skadelig kosmisk stråling og solvind og er ansvarlig for de vakre aurorale skjermbildene sett på høye breddegrader i den nordlige og sørlige halvkule.

Jordens magnetiske og geografiske poler ligger motsatt av hverandre. Med andre ord, jordens magnetiske sørpol er faktisk nær den geografiske nordpolen. Så når vi bruker et kompass for å bestemme vår beliggenhet, peker kompassnålen faktisk mot den sørlige magnetiske polen når du er på den nordlige halvkule og mot den nordlige magnetiske polen på den sørlige halvkule.

Magnetpolene er ikke faste og vandrer litt over overflaten av planeten med hensyn til de geografiske polene. Cirka 75 prosent av intensiteten til jordas magnetfelt er representert med "magnetstangen." De andre 25 prosentene av intensiteten til jordas magnetfelt, som kan tenkes å være mindre stangmagneter som beveger seg, kommer fra mindre deler av bevegelig magma og kan være det som gjør det mulig for polene å bevege seg.

Basert på data utgitt av National Centers for Environmental Information i februar 2019, ligger den magnetiske nordpolen på 86,54 N 170,88 E, innenfor Polhavet og går fra Canada mot Sibir. Den magnetiske sørpolen ligger ved 64,13 S 136,02 E, like ved kysten av Antarktis i retning Australia.

Hvor kommer feltet fra?

Selv om det fremdeles er litt av et mysterium, er forskere generelt enige om at magnetfeltet til jorden starter dypt i kjernen av planeten. Den ytre kjernen av planeten består av smeltede metaller, først og fremst jern, som er en leder.

"Kurning, smeltet metall i den ytre kjernen genererer det [magnetiske] feltet ved det som er kjent som dynamohandling," sa Aleksey Smirnov, en geofysikkprofessor ved Michigan Technological University.

Dynamo-handling, eller dynamo-teorien, beskriver hvordan en planet kan opprettholde et magnetfelt. Dynamoen, eller kilden til magnetfeltet, er skapt av et roterende, konvektivt og elektrisk ledende materiale, for eksempel det smeltede jernet inne i jorden..

"Det er mange ioniserte atomer og frie elektroner som streifer rundt, pluss at det er en kompleks form for konveksjon som foregår i det indre, kombinert med jordens naturlige rotasjon - det er mange bevegelige ladninger," sa Doug Ingram, en fysiker og astronomiprofessor ved Texas Christian University.

Forskere mener at ladningene som er skapt av det bevegelige metalliske materialet, beveger seg rundt jordas ekvatorialregion i en sirkulær bevegelse som genererer de nordlige og sørlige magnetiske polene ved overflaten, sa Ingram.

Hvorfor beveger polene seg?

Jordens dynamo er vedvarende, men ustabil. Akkurat nå endres magnetfeltet raskt, med den magnetiske nordpolen som plutselig hopper mot Sibir. Siden 1990-tallet har den magnetiske nordpolen forskjøvet omtrent 55 mil (55 km) per år i gjennomsnitt, ifølge en studie fra 2019 publisert i tidsskriftet Nature.

Forstyrrelser i den flytende, metalliske magmaen kan være årsaken til ustabilitetene i magnetfeltet som kan føre til slike polskift, ifølge Smirnov. Bevegelsen av det flytende jernet dypt under Canada kan svekke magnetfeltet litt på det stedet, som er det som lar den nordlige magnetiske polen bevege seg mot Sibir, heter det i artikkelen Nature..

Andre elektromagnetiske avvik kan sees over hele verden, for eksempel i Sør-Afrika hvor en magnetisk feltforstyrrelse, lik en virvel i en strøm, kan være forårsaket av en tettere del av mantelen nær grensen med planetens flytende ytre kjerne.

Historie om polskifting og reversering

Mens polene stadig skiftes, har de også fullstendig reversert minst noen hundre ganger i løpet av de siste 3 milliarder årene, ifølge NASA. Under denne prosessen, som vanligvis forekommer hvert 200 000 til 300 000 år i løpet av 100 til noen tusen år om gangen, blir magnetfeltet klemt og trukket med flere poler som spretter opp tilfeldig over jordoverflaten. Den siste fulle tilbakeføringen skjedde for rundt 780 000 år siden.

Historien til magnetfeltet, inkludert skift og reverseringer, er dokumentert i den geologiske referansen. Metaller som finnes i bergarter, inkludert jern, stemmer overens med magnetfeltet før smeltede bergarter stivner eller som fragmenter som inneholder magnetiske metaller på linje med magnetfeltet og legger seg i lag med sedimentære bergarter.

"Siden jorden er et dynamisk og stadig skiftende sted, har nye bergarter og deres magnetiske poster blitt generert kontinuerlig gjennom hele den geologiske tiden," sa Smirnov og la til at disse postene kan bevares i millioner eller milliarder av år..

Tilsvarende poster finnes på gulvet i Atlanterhavet der det stadig skapes ny havbunn ved midtatlantisk ås.

"Når lavaen brenner seg opp til overflaten [gjennom den lange sprekken som utgjør mønet], er den smeltet, og jernpartiklene som er opphengt i lavaen orienterer seg i retning av jordas rådende magnetfelt," sa Ingram. Når lavaen stivner, låser den metallavsetningene på plass, og skaper dermed en historisk oversikt over skiftene og reverseringene av jordas magnetfelt.

Hva betyr disse vandrende og snu polene for livet på planeten vår? Det er ingen drastiske endringer til stede i fossilprotokollen for verken plante- eller dyreliv under både skift og reversering, ifølge NASA, noe som antyder at effekten av pol reversering på livet er minimale. Selv om det er noen spekulasjoner blant forskere at i perioder med redusert magnetisk feltstyrke, kunne mer kosmisk stråling ha nådd jordens overflate og forårsaket en økt hastighet av genetisk mutasjon og derfor ga evolusjonen et løft, sa Smirnov.

Tilleggsressurser:

• Se denne kule visualiseringen av jordas magnetosfære fra NASAs Scientific Visualization Lab.
• Lær om NASAs magnetiske sfæriske multiscale-oppdrag for å forstå hvordan magnetfeltene rundt jorden kobles sammen og kobles fra.
• Sjekk ut disse kartene over de historiske stedene til de vandrende magnetiske polene fra National Centers for Environmental Information.