Jeśli lubicie patrzeć na nocne niebo, mamy dla was dobrą wiadomość. Już niedługo nawet w Polsce będzie można podziwiać bajeczne kolory zorzy polarnej. Do zjawiska tego dochodzi, gdy strumienie rozpędzonych cząstek wysyłane w kosmos przez Słońce wpadają w atmosferę ziemską. Normalnie przed tym tzw. wiatrem słonecznym chroni nas magnetosfera – pole magnetyczne Ziemi. Tylko w okolicach biegunów jest ono „dziurawe”, dzięki czemu można tam obserwować zorze polarne. Z najnowszych badań wynika jednak, że ziemski magnetyzm staje się coraz słabszy, a w ciągu najbliższych stuleci może nawet całkowicie zaniknąć. A gdy wróci, niewykluczone, że jego bieguny zamienią się miejscami.

Tu kończą się dobre wiadomości. Osłabienie lub brak pola magnetycznego oznacza bowiem poważne kłopoty dla naszej cywilizacji. Jeden z nich łatwo sobie wyobrazić – przestaną działać kompasy, co może uprzykrzyć życie niektórym turystom. W trudnej sytuacji znajdą się liczne gatunki zwierząt – ptaki, ryby i walenie – które wykorzystują magnetyzm do ustalania tras swych wędrówek. Najgorsze jednak będzie to, że bez magnetycznej tarczy osłaniającej Ziemię zaczną szwankować kluczowe technologie.

Pierwszymi ofiarami staną się satelity. Wiatr słoneczny i promieniowanie kosmiczne zaczną zakłócać działanie ich elektroniki i niszczyć ją. Awarie systemów nawigacyjnych (takich jak GPS) czy telekomunikacyjnych staną się normą, podobnie jak wypadki lotnicze czy katastrofy morskie. W każdej chwili będzie nam też groziła globalna katastrofa energetyczna. Jeśli od strony naszej najbliższej gwiazdy nadleci wyjątkowo intensywny „podmuch” wiatru słonecznego, zniszczeniu ulegną linie wysokiego napięcia i instalacje w elektrowniach jądrowych (pisaliśmy o tym obszernie w „Focusie” nr 3/2013). Ten sam los może spotkać warstwę ozonową atmosfery, a to oznacza większą liczbę chorych na złośliwe nowotwory skóry. Może się też zmienić pogoda. Duńscy naukowcy stwierdzili, że globalne ocieplenie ma związek m.in. właśnie z obserwowanym ostatnio osłabieniem pola magnetycznego.

Wielka magnetyczna dziura

„W ciągu ostatnich 110 lat siła ziemskiego pola magnetycznego zmniejszyła się o jakieś 6 proc. Jednak wygląda to różnie w zależności od miejsca. Proces ten zachodzi najszybciej w rejonie tzw. anomalii południowoatlantyckiej. Jeśli będzie dalej zachodził w tym samym tempie, pole magnetyczne w tej części Ziemi zniknie całkowicie w ciągu ok. 250 lat” – ocenia dr Norbert Nowaczyk z Niemieckiego Centrum Nauk o Ziemi. Centrum anomalii południowoatlantyckiej znajduje się teraz nad Brazylią. Pole magnetyczne w jej obrębie może być nawet o połowę słabsze niż wynosi średnia dla całej planety. A to oznacza słabszą ochronę przed promieniowaniem kosmicznym dla wszelkich pojazdów kosmicznych znajdujących się nad anomalią. Satelity są tu bardziej narażone na awarie. Kosmiczny Teleskop Hubble’a w ogóle nie może pracować w tym obszarze. Ponieważ nad anomalią przelatuje także Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, została wyposażona w dodatkowe osłony chroniące załogę przed promieniowaniem. Mimo to astronauci mają tam częściej kłopoty z laptopami i narzekają na zaburzenia widzenia.

Kiedy mogą zrealizować się te czarne scenariusze? Nie wiadomo. Mimo dziesięcioleci badań, stosowania najlepszej dostępnej aparatury pomiarowej i symulacji na superkomputerach nasza wiedza o ziemskim polu magnetycznym nadal jest niekompletna.

Prawdopodobnie to starożytni Chińczycy pierwsi zrozumieli, że pewne minerały mają zadziwiające właściwości – potrafią wskazywać północ. Możliwe, że już w II w. p.n.e. mieli do dyspozycji prosty kompas. Wynalazek ten rozpowszechnił się jednak dopiero 1200 lat później i przez wiele stuleci był niezbędny zwłaszcza podczas morskiej żeglugi. A w 1835 r. Carl Friedrich Gauss po raz pierwszy zmierzył ziemskie pole magnetyczne.

Od tamtej pory jest ono nieustannie badane. Wiemy już, że otacza naszą planetę jak gigantyczny niewidzialny kokon. Stanowi on pierwszą linię obrony przed zagrożeniami takimi jak wiatr słoneczny i promieniowanie docierające do nas z odległych zakątków kosmosu. To magnetosfera sprawia, że Ziemię otacza stabilna atmosfera, a na jej powierzchni występuje ciekła woda. Pomiary prowadzone od czasów Gaussa pokazują jednak, że ten kokon nie jest tak stabilny, jak byśmy chcieli. W ciągu ostatnich 150 lat pole magnetyczne Ziemi stawało się stopniowo coraz słabsze, a ostatnio proces ten znacznie przyśpieszył. Takich danych dostarczyły w zeszłym roku satelity Swarm, należące do Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). Krążą one wysoko nad Ziemią, mierząc dokładnie jej magnetyzm. Ale żeby zrozumieć, skąd się on bierze, trzeba wybrać się na wyprawę w głąb naszej planety.

Skąd to pole?

Pod względnie stałym gruntem, na którym żyjemy, Ziemia jest o wiele gorętsza i bardziej niespokojna. Wysoka temperatura w jej wnętrzu sprawia, że substancje, które dla nas są skałami, występują w formie płynnej. Tworzą one tzw. płaszcz, który ma ok. 2,9 tys. km grubości. Pod nim kryje się jądro Ziemi złożone z dwóch stref. Zewnętrzna to ocean płynnego żelaza i niklu, głęboki na ponad 2 tys. km. Pod nim znajduje się jądro wewnętrzne zbudowane z zastygłego metalu.