Our website does not support Internet Explorer.

To get the best experience on our website and of our content, please use a more modern browser like Edge, Chrome, Safari or similar.

Säteilysuoja häviää

Maapallon magneettikenttä heikkenee. Jos se häviää kokonaan, vaarallinen kosminen säteily pääsee Maan pinnalle. Kolmen eurooppalaissatelliitin avulla yritetään päästä jyvälle siitä, miten magneettikenttä syntyy ja mitä sille on tapahtumassa.

Alaskan ja Siperian välillä kulkee vuolas virta idästä länteen. Tämä erikoinen virta sijaitsee maan alla kolmentuhannen kilometrin syvyydessä eikä siinä loisku vesi vaan sula rauta.

Rautavirta on 540 kilometriä leveä, ja se liikkuu noin viisi metriä tunnissa eli 50 kilometriä vuodessa.

Tosin tahti on kiihtymässä, kertovat brittiläisen Leedsin yliopiston ja Tanskan teknillisen yliopiston tutkijat.

Virtaus etenee nyt kolme kertaa niin nopeasti kuin vain 15 vuotta sitten, ja se on nopeampi kuin mikään muu tunnettu maanalainen virtaus.

Yhdessä muiden havaintojen kanssa rautavirta viittaa vahvasti siihen, että maapallon ytimessä tapahtuu paljon enemmän kuin on oletettu.

Samalla se tarkoittaa sitä, että maapalloa ympäröivä magneettikenttä on nopeasti muuttumassa.

Magneettiset navat ovat ehkä vaihtamassa paikkaa. Sillä voi olla vakavia seurauksia.

© Claus Lunau

Virtaava rauta suojaa Maata

Maapallon magneettikenttä saa alkunsa ytimen sulan ulkokerroksen liikkeistä. Metallin virtaukset synnyttävät sähkövirtaa, joka luo magneettikentän Maan ympärille. Magneettikenttä ohjaa esimerkiksi aurinkomyrskyissä vapautuvat säteilyhiukkaset Maan ohi. Ilman sitä vaarallinen säteily pääsisi Maan pinnalle.

  • Sula rauta jähmettyy ytimessä

    Ytimen sulasta ulko-osasta virtaavametalli jähmettyy ytimen kiinteän sisäosan pintaan. Samalla vapautuu energiaa, joka luo ylös- ja alaspäin kulkevia virtauksia ulkoytimen sulaan rautaan. Virtaukset ovat samanlaisia kuin ne, joitamuodostuu kiehuvaan veteen.

  • Kiertoliike luo pyörteitä

    Niin sanottu coriolisvoima, jonka Maan pyörimisliike aiheuttaa, saa pystysuorat sulan raudan virtaukset kiertymään vastakkais­suuntaisiksi pyörteiksi.

  • Navoilla suoja pettää

    Sulan raudan pyörteet synnyttävät magneettikentän, joka suojaa Maata säteilyltä. Kosmiset säteilyhiukkaset pääsevät kuitenkin läpi navoilla, missä magneettikentän kenttäviivat kulkevat lähes pystysuoraan. Ilmakehään törmätessään hiukkaset saavat aikaan revontulia.

Maan suoja heikkenee

Rautavirta löydettiin Euroopan avaruusjärjestön Esan Swarm-satelliiteilla.

Satelliittikolmikko havaitsi poikkeamia Maan magneettikentässä.

Poikkeamat voivat ennustaa muutakin kuin maanalaisia metallivirtoja.

Maapallon magneettinen pohjoisnapa on kahdentuhannen viime vuoden aikana liikkunut edestakaisin maantieteellisen pohjoisnavan ympärillä noin 15 kilometrin vuosivauhtia.

Magneettikenttää tutkivat Esan Swarm-satelliitit lähetettiin Maata kiertävälle radalle venäläisen kantoraketin kyydissä vuonna 2013.

© ESA

1860-luvun jälkeen Maan magneettikentän voimakkuus on heikentynyt noin kymmenesosan.

Tutkijoilla onkin kiire selvittää, miten magneettikenttä syntyy ja ennen kaikkea mitä tapahtuu, jos se vielä heikkenee tai jopa katoaa kokonaan.

Sen verran tiedetään, että magneettikenttä syntyy pääosin Maan ytimen sulassa ulko-osassa tapahtuvien virtauksien seurauksena.

Satelliittien havaitsema rautavirta on yksi näistä virtauksista, jotka pitävät ytimen dynamon käynnissä. Dynamo käy kuitenkin epätasaisesti.

Geologiset tutkimukset osoittavat, että magneettikenttä voi välillä kadota lähes kokonaan ja vaihtaa suuntaa niin, että kompassineula näyttääkin kohti etelää pohjoisen sijaan.

© ESA/ATG Medialab

Satelliittikolmikko kartoittaa magneettikenttää

Swarm-satelliitiit Alpha, Bravo ja Charlie toimivat joukkueena.

Niiden tehtävänä on mitata Maan magneettikentän voimakkuus ja määrittää sen suunta.

Yhteistyössä kolme satelliittia tuottaa kymmenen kertaa tarkemmat mittaustulokset kuin yksi.

Jo muutamassa vuodessa Swarm-kolmikko on saanut selville muun muassa, että Siperian ja Alaskan alla Maan ulkoytimessä kulkee kasvava virta sulaa rautaa.

Toinen tärkeä havainto on se, miten ilmakehän yläosien virtaukset häiritsevät paikannussatelliitteja. Viime huhtikuussa Swarm rekisteröi yläilmakehässä 3 000-asteisia kaasuvirtauksia, jotka kulkivat 300 kilometriä tunnissa.

  • Kaikissa kolmessa satelliitissa on magneettikenttää mittaava magnetometri. Alpha ja Charlie kiertävät rinnakkain 450 kilometrin korkeudella Maan pinnasta. Ne ylittävät pohjois- ja etelänavan 6–9 kertaa vuorokaudessa.

  • Myös Bravon rata kulkee napojen yli, mutta se kulkee 80 kilometriä korkeammalla

  • © ESA/ATG Medialab

    Kaikki kolme satelliittia tarkastelevat magneettikenttää eri kulmasta. Siksi mittaukset ovat aiempia tarkempia. Niistä käy muun muassa ilmi, miten Maan ydin ja kuori vaikuttavat magneettikenttään.

  • © Claus Lunau

    Aasian alla virtaa rautaa

    Swarm-satelliitit ovat kartoittaneet Maan magneettikentän tähänastista tarkemmin. Yksi keskeisistä havainnoista oli se, että Aasian alla sijaitsee sulasta raudasta koostuva virtaus, joka liikkuu idästä länteen ja voimistuu vuosi vuodelta. Virtaus paljastaa, että Maan ydin ja magneettikenttä ovat oletettua dynaamisempia.

Tutkijat eivät osaa sanoa varmasti, onko nyt meneillään napojen vaihdos, mutta se tiedetään, että navat ovat vaihtaneet paikkaa monta kertaa. Viimeksi näin kävi 780 000 vuotta sitten.

Vaihdosten tiheys vaihtelee, mutta keskimäärin niitä on ollut 370 000 vuoden välein.

Ihmiskunta ja nykytekniikka ovat monella tapaa riippuvaisia vahvasta ja vakaasta magneettikentästä.

Maahan kohdistuu avaruudesta jatkuva runsasenergiaisten hiukkasten pommitus, jonka magneettikenttä ohjaa Maan ohi.

Vain navoilla, missä magneettikentän kenttäviivat ovat lähes kohtisuorassa, hiukkaset tulevat yläilmakehään ja saavat siellä aikaan revontulia.

Jos magneettikenttä heikkenee esimerkiksi napojen vaihtuessa, myös suoja kosmisia hiukkasia vastaan heikkenee ja yhä enemmän säteilyhiukkasia pääsee Maan pinnalle asti.

Sen seurauksena tietokoneet laskisivat väärin, monet tekniset laitteet rikkoutuisivat, sähkönjakelu takkuaisi ja vakavat sairaudet yleistyisivät.

© ESA/ATG Medialab

Satelliittien hienomekaniikkaa

  • Tähtikameran avulla satelliitti määrittää asentonsa avaruudessa, jotta magneettikentän suunta voidaan mitata mahdollisimman tarkasti.

  • Magnetometri määrittää magneettikentän suunnan.

  • Magnetometri, joka mittaa magneettikentän voimakkuuden, on pitkän varren päässä, jotta satelliitin elektroniset laitteet eivät vääristä mittaustulosta.

  • Laserreflektori mittaa etäisyyden Maan pintaan. Virhemarginaali on vain 2 senttiä.

  • GPS-antennit määrittävät satelliitin aseman ja ovat siksi tarpeen, jotta mittaus on mahdollisimman täsmällinen.

Syöpä iski neandertalilaisiin

Napojen vaihdoksen syytä ei vielä tarkkaan tiedetä. Yksi teoria menee niin, että 3 000–5 000 kilometrin syvyydessä syntyy alueita, joilla magneettikenttä on erisuuntainen kuin maapallon kenttä.

Tällainen alue tiedetään olevan muun muassa Etelä-Afrikan alla. Kun nämä alueet kasvavat kyllin laajoiksi, ne mullistavat koko planeetan magneettikentän.

Silloin Maan magneettikenttä voi syntyä uudestaan joko alkuperäisen suuntaisena tai navat vastakkaisilla paikoilla.

Jotta voi syntyä alueita, joilla on käänteinen paikallinen magneettikenttä, ulkoytimen virtauksien energian ja materian täytyy vaihdella.

Tietokonemallien perusteella tiedetään, että napojen vaihdosta ei tapahdu, jos Maan ydin on symmetrinen ja koostumukseltaan yhtenäinen.

Jos taas malliin lisätään epäjärjestystä ja epäsymmetrisyyttä, navat vaihtavat paikkaa.

Napojen vaihtuminen tuottaa kaaoksen

Kun maapallon magneettiset navat vaihtavat paikkaa, magneettikenttä hajoaa. Tietokonemallit osoittavat, että magneettikentän voimakkuus laskee kymmenesosaan ja syntyy useita pieniä paikallisia magneettikenttiä.

Silloin esimerkiksi suunnistaminen kompassin avulla on mahdotonta. Napojen kääntyminen kestää ainakin tuhat vuotta, mikä tosin geologian näkökulmasta on ohikiitävä hetki.

Tietokonemallien mukaan kiinteä ydin jää vanhan magneettikentän mukaiseksi.

  • © UC Santa Cruz

    Magneettikentässä on pohjois- ja etelänapa. Kenttäviivat kulkevat navoilta poispäin Maasta. 500 vuotta ennen napojen vaihtumista kenttäviivat alkavat muuttua.

  • © UC Santa Cruz

    Navanvaihdoksen aikana kenttäviivat kulkevat sattumanvaraisesti ja pohjois- ja etelänapoja on useita. 500 vuoden kuluttua magneettikenttä on taas järjestyksessä.

Napojen vaihdos kestää tuhannesta 20 000 vuoteen, mutta kehitys ei ole tasaista.

Maan magneettikenttä hajoaa moneksi pieneksi kentäksi, jolloin yhtä aikaa voi vaikuttaa useita magneettisia etelä- ja pohjoisnapoja.

Silloin suunnistaminen kompassin avulla on mahdotonta.

Sinä aikana, kun magneettiset navat vaihtavat paikkaa, magneettikenttä heikkenee yli 90 prosenttia.

Niinä vuosisatoina tai -tuhansina, jolloin kenttä on heikoimmillaan, maapallo altistuu voimakkaalle kosmiselle säteilylle. Tällainen vaihe on saattanut vaikuttaa ihmislajin kehitykseen.

Kiveen jää jälkiä napojen vaihtumisesta

Maan magneettikentän navat vaihtavat paikkaa säännöllisin väliajoin.

1900-luvun alussa geologit huomasivat, että jähmettyneessä laavassa magneettiset rautayhdisteet osoittivat nykyiseen magneettikenttään nähden päinvastaiseen suuntaan.

Sama ilmiö on havaittu magmasta jähmettyneessä basaltissa.

Jonka rautayhdisteiden suunnasta voidaan päätellä magneettisten napojen sijainti eri aikakausina.

Liitukaudella magneettikenttä säilytti suuntansa yli 30 miljoonaa vuotta, mutta muina aikoina navat ovat vaihtaneet paikkaa vain 100 000 vuoden välein.

Näin uskovat ranskalaiset Jean-Pierre Valet ja Hélène Valladas, jotka ovat tutkineet viime jääkauden aikana 41 000 vuotta sitten vallinnutta tilannetta.

Silloin neandertalinihmisten määrä Euroopassa romahti. Samaan aikaan tapahtui poikkeama magneettikentässä.

Tällaisen poikkeaman aikana navat voivat väliaikaisesti vaihtua, mutta sitten magneettikenttä palaa ennalleen.

Niin sanotun Laschampin geomagneettisen tapahtuman aikana magneettiset navat vaihtelivat edestakaisin 250 vuoden ajan ja magneettikenttä menetti 95 prosenttia voimakkuudestaan.

Tästä seurasi muun muassa, että Euroopan yläpuolella otsonikerros heikkeni ja Maan pinnalle pääsi entistä enemmän syöpää aiheuttavaa Auringon ultraviolettisäteilyä.

© Claus Lunau

Timanttialasin kertoo Maan ytimen oloista

Timanttialasimessa on kaksi timanttia, jotka puristetaan toisiaan päin kärjet vastakkain. Kärkien väliin syntyvä satojen gigapascalien paine vastaa Maan ytimen olosuhteita. Kärkien välissä on mikroskooppisen pieni kappale rautaa. Se kuumennetaan lasersäteellä yli 5 000 asteeseen. Tällöin raudan kappaleesta lähtee voimakas röntgensäde, joka tuottaa alla olevalle levylle kuvion. Kuviosta voidaan päätellä, miten rauta käyttäytyy vastaavissa olosuhteissa Maan sisuksissa.

Lisääntynyt säteily ei yksinään selitä neandertalinihmisten katoamista, mutta Valet ja Valladas uskovat, että se heikensi heitä niin, että he eivät enää kestäneet jääkauden tuomaa rajua ilmastonmuutosta ja kilpailua nykyihmisten kanssa.

Ratkaisun hetki vuonna 2034

Valet'n ja Valladasin teorian tekee mielenkiintoiseksi se, että maapallon magneettikentän nykykehitys muistuttaa monella tapaa Laschampin tapahtuman alkua.

Magneettikentän voimakkuus laskee nopeasti, ja ulkoytimessä on syntymässä yhä isompia alueita, joilla magneettikentän suunta on vaihtunut. Ehkä jo muutaman vuosisadan kuluttua maapallon säteilysuoja on kadonnut.

© ESA

Hiukkaspommitus lähes valon nopeudella

  • Säteilyvaara.

    Maahan osuu jatkuvasti kosmista säteilyä. Se koostuu muun muassa runsas­energiaisista hiukkasista, jotka ovat peräisin supernovaräjähdyksistä. Hiukkaset kulkevat lähes valon nopeudella, mutta magneettikenttä pysäyttää niistä suurimman osan.

  • Voimakkuus.

    Magneettikentän vahvuuden ilmaisee dipolimomentti, jonka yksikkö on ampeerineliömetri (Am2). Jääkaappimagneetin dipolimomentti voi olla 1 Am2. Maan magneettikentän voimakkuus on 8 x 1022 Am2.

Italialais-kiinalainen tutkijaryhmä on jopa laskenut, milloin tiedetään varmasti, ovatko navat vaihtumassa: vuonna 2034.

Jos Maan ytimessä tapahtunut magneettinen mullistus ei ole siihen mennessä lakannut, magneettikentän romahdus on väistämätön.

Jos aiomme välttää neandertalilaisten kohtalon, on jo korkea aika alkaa valmistautua säteilysuojan pettämiseen.

Magneettikentän puute tuo syöpää ja rikkoo tietokoneet

Niiden 1 000 vuoden aikana, jolloin magneettiset navat ovat liikkeellä, magneettikenttä on heikko. Silloin niin ihmisten kuin eläintenkin elämä vaikeutuu.

  • © Shutterstock

    Säteily vaarantaa terveyden

    Kun avaruudesta tulevat runsasenergiaiset hiukkaset osuvat ihmisiin ja eläimiin, soluihin ja dna:han tulee vaurioita. Astronauteilla on edessä sama vaara vuosia kestävällä Mars-matkalla. Todennäköisyys sairastua tappavaan syöpään on 3–5 prosenttia.

    • Ratkaisu: Ihmisten on pidettävä mukanaan säteilymittaria ja huolehdittava säteilysuojasta.
  • © Shutterstock

    Eläimet joutuvat eksyksiin

    Muun muassa linnut, valaat ja ketut käyttävät hyväkseen magneettikenttää suunnistaessaan vuotuisilla muuttoretkillään ja etsiessään ravintoa. Ei tiedetä tarkkaan, miten eläimet aistivat magneettikentän, mutta se on suunnistamiselle välttämätön.

    • Ratkaisu: Eläinkunta on selvinnyt navan vaihdoksista ennenkin, mutta yhdessä ilmastonmuutoksen kanssa tilanne voi olla toinen.
  • © Shutterstock

    Sähkö­laitteet sekoavat

    Runsasenergiaiset sähköisesti varautuneet hiukkaset voivatvahingoittaa elektronisia laitteita.

    • Ratkaisu: Iso osa teknisistä laitteista on suunniteltava uudestaan niin, että esimerkiksi virtapiirit valmistetaan säteilyä hylkivästä aineesta.
  • © Shutterstock

    tietokoneet laskevat väärin

    Kosminen säteily voi saada tietokoneiden mikrosiruissaaikaan elektronitulvan niin, että nollat ja ykköset menevät sekaisin. Seurauksena voi olla, että tietokoneet ja niiden ohjaamat laitteet, kuten robottiautot, toimivat miten sattuu.

    • Ratkaisu: Herkät osat voidaan suojata säteilyltä, ja laitteisiin voidaan asettaa varajärjestelmiä korvaamaan vaurioituneita.
  • © Shutterstock

    Otsonikerros katoaa

    Heikko magneettikenttä voi myös repiä aukkoja yläilmakehän otsonikerrokseen, jolloin Auringon haitallinen UVB-säteily pääsee Maan pinnalle. Tuloksena voi olla ihosyövän ja harmaakaihin kaltaisten sairauksien yleistyminen.

    • Ratkaisu: Pohjolassakin on totuteltava käyttämään aurinkosuojavoidetta ja aurinkolaseja ympäri vuoden.
  • © Shutterstock

    Säteilyhiukkaset sotkevat aistit

    Kun kosmisen säteilyn hiukkaset osuvat aivojen hermoratoihin, syntyy sähköärsykkeitä, jotka luovat vääriä näkö- ja hajuaistimuksia. Ilmiön havaitsivat astronautit 1960- ja 1970-luvun avaruuslennoilla. Kun magneettikenttä heikkenee, aisteihin ei välttämättä ole luottamista.

    • Ratkaisu: Ei ole.

Lue myös:

Luonnonlait

200 vuotta sitten: Tanskalaisfyysikko löysi uuden luonnonvoiman

1 minuuttia
Luonnonlait

Opi lisää lämpötiloista

3 minuuttia
Luonnonlait

Fyysikot etsivät yhä ei mitään

25 minuuttia

Kirjaudu sisään

Tarkista sähköpostiosoite
Salasana vaaditaan
Näytä Piilota

Oletko jo tilaaja? Oletko jo lehden tilaaja? Napsauta tästä

Uusi käyttäjä? Näin saat käyttöoikeuden!

Nollaa salasana

Syötä sähköpostiosoitteesi, niin saat ohjeet salasanasi nollaamiseksi.
Tarkista sähköpostiosoite

Tarkista sähköpostisi

Olemme lähettäneet sinulle sähköpostia osoitteeseen . Siinä on ohjeet, joiden avulla voit nollata salasanasi. Jos et ole saanut sähköpostia, tarkista, että se ei ole joutunut roskapostin joukkoon.

Anna uusi salasana.

Nyt sinun pitää antaa uusi salana. Salasanassa pitää olla vähintään 6 merkkiä. Kun olet luonut uuden sanasanan, sinua pyydetään kirjautumaan sisään palveluun.

Salasana vaaditaan
Näytä Piilota