Jordens magnetfelt får kosmisk stråling

Forskere har jaktet på polvandring siden 1831: Nordpolen spurter mot sør

I årtusener har den magnetiske nordpolen holdt seg i samme område, men nå har den satt av gårde mot sør i rekordfart. Det kan varsle en polvending som kan spre sykdom og få katastrofale følger.

I årtusener har den magnetiske nordpolen holdt seg i samme område, men nå har den satt av gårde mot sør i rekordfart. Det kan varsle en polvending som kan spre sykdom og få katastrofale følger.

Shutterstock

Leger ved sykehus opererer i mørke og uten maskiner mens pasienter dør rundt dem. Kjøleskap går i stå over hele verden, trafikklys slukkes, og tog står stille. Det er kaos i infrastrukturen i byene og feil på strømnettet.

Scenariet har ikke funnet sted, men kan bli konsekvensen hvis jordens magnetfelt blir satt ut av spill.

Nå har britiske og danske forskere analysert tre tiår med satellittobservasjoner for å finne ut om polene holder på å bytte plass, i en såkalt polvending.

Fram til 1990 var hastigheten moderat, opptil 15 kilometer i året, men mellom 1990 og 2005 har nordpolen spurtet mot Sibir med en fart på 50–60 kilometer i året, og den holder kursen. Polvandringen har allerede svekket klodens magnetskjold med ti prosent.

Mellom 1990 og 2005 har nordpolen spurtet mot Sibir med en fart på 50–60 kilometer i året.

Fortsetter den utviklingen, slik at polene bytter plass, vil jordens magnetfelt bli satt ut av spill. Dermed vil strømnettet og mye moderne teknologi bryte sammen, og antallet pasienter med føflekkreft vil eksplodere på grunn av strålingen som får uhindret adgang til jorden.

Elvene danser i jernkjernen

Jordens magnetfelt danner et stort skjold som beskytter planeten mot kosmisk stråling og farlig UV-lys, og som blir holdt på plass av en magnetisk sør- og nordpol. Forklaringen finnes i jordens indre.

Tre tusen kilometer under jordoverflaten blir jordens magnetfelt dannet i klodens flytende ytre jernkjerne, som ligger rundt den faste indre kjernen. Her er jernet i fast form på grunn av det enorme trykket.

I den indre kjernen er temperaturen 6000 grader, og det sender av gårde glovarme strømmer av flytende jern. Strømmene blir avkjølt når de nærmer seg laget over den flytende kjernen, som kalles mantelen. Derfor blir jernet tyngre og synker ned igjen. Jordens rotasjon sørger også for at det blir virvelstrømmer i det flytende jernet.

Elektrisk ledende materialer i bevegelse utløser elektriske strømmer, noe som også er tilfellet for jernelvene i den ytre kjernen som skaper jordens magnetfelt.

© Claus Lunau

Flytende jern beskytter jorden

Jordens magnetfelt oppstår i den ytre, flytende delen av planetens kjerne. Her skaper bevegelser i det flytende metallet elektriske strømninger som danner magnetfeltet. Uten magnetfeltet ville kloden vært forsvarsløs mot skadelige partikler fra verdensrommet.

Magnetfeltet oppfører seg omtrent som om det sto en stavmagnet tvers gjennom kloden. Som på en stavmagnet skaper jernelvene en magnetisk nord- og sørpol med feltlinjer som virker som et skjold. Feltlinjene ville se ut som to store halvkuler som omkranser jorden.

Magnetskjoldet er sterkest rundt ekvator og svakest ved polene, der både elektrisk ladde partikler fra solvinden og kosmisk stråling kommer inn i atmosfæren og utløser polarlys.

Men i perioder sender den turbulente omrøringen av de flytende jernelvene i den ytre kjernen polene på vandring, og det kan få den magnetiske nordpolen og sørpolen til å bytte plass.

Kollaps kan ødelegge strømnett

I løpet av 83 millioner år har jorden opplevd i alt 183 polvendinger. Den forrige fant sted for 786 000 år siden. Det som tidligere var nordpolen, ble til sørpolen, og omvendt.

Den gangen overlevde forfedrene våre polvandringen. Men i dag vil vårt høyteknologiske samfunn være sårbart fordi den kosmiske strålingen som passerer det svekkede magnetskjoldet kan skru av strømnettet, forstyrre satellitter og ødelegge for flytrafikk og elektronisk kommunikasjon.

Nordpol spurter mod syd
© Shutterstock

Nordpolens spurt kan varsle en polvending

Siden 1990 har den magnetiske nordpolen spurtet mot sørøst i rekordhastighet, og ny forskning viser at voksende magnetfelt under Sibir trekker i polen. Bevegelse kan være et forvarsel om en polvending.

Sammenbrudd for elektronikken vår er imidlertid ikke den eneste faren ved en polvending. Risikoen for å utvikle kreft vil stige markant uten et magnetfelt, siden vi da vil være nesten like utsatt for kosmisk stråling som astronauter når de er utenfor jordens beskyttende magnetfelt.

Ved en full polvending forblir de magnetiske polene i sin nye posisjon i 200 000–300 000 år i gjennomsnitt. Det har geologer avslørt ved å måle den magnetiske orienteringen i vulkanske bergarter, som fryser fast øyeblikksbilder gjennom tiden for hvordan klodens magnetfelt har oppført seg når lavaen velter opp fra bakken.

Når det skjer, er det ikke bare magnetfeltet i den ytre, flytende jernkjernen som snur, men også feltet i den faste, indre kjernen. Derfor låses polene fast i sin nye posisjon, og magnetfeltet gjenvinner styrken. Problemet oppstår ikke når polene har byttet plass, men snarere mens de er på vei dit.

Den siste midlertidige polvendingen varte omkring 1500 år, mens en full polvending vanligvis tar 7000 år. Det er en evighet sett i et menneskelig perspektiv.

Selv mindre forstyrrelser av magnetfeltet, som bare minner om de innledende trinnene til en polvending, kan få katastrofale konsekvenser.

Da endres magnetfeltet i den ytre kjernen, noe som sender polene på vandring mot ekvator i en kaotisk dans der det kan være flere små nordpoler og sørpoler samtidig. Konsekvensen er at feltstyrken og dermed beskyttelsen mot stråling fra verdensrommet faller til under en tiendedel av den normale styrken.

I noen tilfeller kan de magnetiske polene faktisk bytte plass gjennom en kort periode, før det uendrede feltet i jordens faste indre kjerne gjenoppretter balansen og vipper polene tilbake til utgangsposisjonen. Akkurat det som skjedde ved en midlertidig polvending for om lag 42 400 år siden.

Kauritre ga detaljert innblikk

På det tidspunktet spiret et av de majestetiske kauritrærne på New Zealands nordøy. I løpet av 1700 år vokste treet til en høyde på 30–40 meter. Deretter veltet treet og sank ned i en myr.

Det oksygenfattige vannet bevarte den 60 tonn tunge stammen helt til området ble gravd ut for noen år siden i forbindelse med byggingen av et kraftverk.

Kauri træ

En myr på New Zealand har bevart et kauritre som vokste i 1700 år, mens de magnetiske polene byttet plass.

© Jonathan Palmer

Analyser av kjempetreets årringer har gitt forskerne det første detaljerte innblikket i hvordan levekårene på jorden plutselig ble endret under den siste midlertidige polvendingen.

Studiene understreker at verden trenger et varsel i god tid – så vi rekker å forberede oss på store mengder kosmisk stråling fra verdensrommet og helseskadelig ultrafiolett stråling fra solen.

Sladrehanken som forteller om magnetskjoldets sammenbrudd under den midlertidige polvendingen for 42 400 år siden, er radioaktivt karbon 14, som dannes i den øvre atmosfæren når luftmolekylene blir truffet av elektrisk ladde partikler fra verdensrommet. Når magnetskjoldet svekkes, stiger produksjonen av karbon 14 i atmosfæren, og stoffet bygges inn i planter – som det majestetiske kauritreet.

Gjennom åtte århundrer, mens de magnetiske polene vandret mot ekvator i en kaotisk dans, falt styrken på klodens magnetfelt til seks prosent.

Magnetskjoldet som beskytter mennesker, dyr og planter mot partikkelstråling fra solen og det ytre rom, var gjennomhullet, og kosmisk stråling strømmet inn i atmosfæren. Ozonlaget ble brutt ned slik at store mengder skadelige UV-stråler fra solen kunne treffe jordoverflaten.

Strålingen var så kraftig at det var polarlys helt ned mot ekvator.

Magnetskjold bombarderes af stråling
© ESA/Shutterstock

Polvending skaper kreft og kaos

En polvending av den typen som inntraff for 42 400 år siden, ville åpnet slusene og latt kosmisk stråling dundre inn i atmosfæren, bryte ned ozonlaget og utløse klimaendringer, men dessuten ville elektronisk kommunikasjon ha blitt hardt rammet, og mange ville blitt syke.

Strålingen forandret vindsystemene. Konsekvensen var at klimaet endret seg. Det ble kaldere i Nord-Amerika, varmere i Europa og Asia og knusktørt i Australia, der gigantiske pungdyr og kjempefugler døde ut.

Den ultrafiolette strålingen kulminerte mellom ekvator og 40 graders sørlig og nordlig bredde – omtrent ved Middelhavet. Her steg strålingen med 40 prosent. Forskerne har derfor framsatt en teori om at de forverrede forholdene i Afrika tvang det moderne mennesket til å vandre til Nord-Europa fordi strålingen var verst ved Middelhavet. Ifølge forskerne var det medvirkende til at forfedrene våre utkonkurrerte neandertalerne.

Kunst prydet huler

Risikoen for å bli forbrent av den sterke ultrafiolette strålingen under polvandringen kan også ha tvunget forfedrene våre til å søke ly i huler i mye større omfang enn tidligere, noe som framgår av en eksplosjon i antallet hulemalerier i denne perioden i store deler av verden.

Et av de mest utbredte motivene er håndavtrykk av rød oker.

Studier utført av en internasjonal forskergruppe under ledelse av Alan Cooper fra South Australian Museum i Adelaide tyder på at menneskene brukte oker til å beskytte seg mot å bli forbrent av det sterke ultrafiolette sollyset, som blant annet kan føre til hudkreft.

Oker brukes fortsatt som et alternativ til solkrem i det sørlige Afrika.

I løpet av de neste 500 årene – mens den magnetiske nordpolen befant seg i Antarktis og den magnetiske sørpolen i Arktis – ble magnetskjoldet til en viss grad gjenopprettet, men så ble det svekket igjen i et par kaotiske århundrer, mens polene vendte tilbake til sine nåværende posisjoner.

Men nå har polene igjen begynt å røre på seg, og derfor er Philip Livermore og Matthew Bayliff ved universitetet i Leeds i England og Christopher Finlay ved DTU Space i Danmark i gang med å undersøke om vi kan vente oss en bevegelse som for 42 400 år siden eller en full polvending og totalt ragnarok.

Flukten mot Sibir

Svaret ligger i jernelvene 3000 kilometer under jordoverflaten, men dessverre kan ikke geofysikerne måle de magnetiske forholdene i jordens indre på en direkte måte. Derfor kartlegger de i stedet magnetfeltet ved jordoverflaten med satellitter og regner seg innover.

Forskerne forventer at den magnetiske nordpolens spurt vil fortsette slik at den beveger seg ytterligere 390–600 kilometer mot sørøst, men de kan ikke utelukke at bevegelsen plutselig snur i løpet av noen tiår.

Hvis nordpolens bevegelser er innledningen til en full eller midlertidig polvending, kan konsekvensene bli katastrofale.

For 42 400 år siden førte økt kosmisk stråling under polvandringene til at ozonlaget – som beskytter mennesker, dyr og planter mot skadelig ultrafiolett stråling fra solen – ble gjennomhullet som en sil.

Vanligvis tar ozonlaget, høyt oppe i atmosfæren, opp betydelige mengder varme fra solens ultrafiolette stråling, men nedbrytningen av ozonlaget skapte voldsomme klimaendringer.

Nå ble de øvre luftlagene avkjølt, og det endret vindmønstrene over hele kloden.

Det er imidlertid mulig at vi vil være like heldige som dinosaurene. Under dinosaurenes storhetstid i perioden fra for 124 til for 83 millioner år siden var det ingen polvendinger.

Hvis en ny polvending inntreffer, må vi ikke bare beskytte oss selv, men også all den elektroniske teknologien vår, som kan bli ødelagt av kosmisk stråling. Skulle det skje, må alt fra teknologigiganter til legesentre skape en helt ny form for beredskap.