Maan magneettikenttä saa kosmista säteilyä

Napojen liikettä on seurattu vuodesta 1831: Pohjoisnapa syöksyy etelään

Magneettinen pohjoisnapa on kieppunut tuhansia vuosia samalla alueella, mutta nyt se liikkuu nopeasti etelämmäksi. Liike saattaa ennakoida napojen vaihtumista, jolla voi olla hyvin vakavia seurauksia.

Magneettinen pohjoisnapa on kieppunut tuhansia vuosia samalla alueella, mutta nyt se liikkuu nopeasti etelämmäksi. Liike saattaa ennakoida napojen vaihtumista, jolla voi olla hyvin vakavia seurauksia.

Shutterstock

Lääkärit leikkaavat pimeissä sairaaloissa ilman koneiden apua, ja potilaat kuolevat heidän ympärillään. Kylmälaitteet ja liikennevalot lakkaavat toimimasta, ja junat pysähtyvät. Kaupungit joutuvat sekasorron valtaan, ja sähköverkko pettää.

Visioidut tapahtumat ovat mahdollisia siinä tapauksessa, että Maata ympäröivä magneettikenttä muuttuu rajusti.

Brittiläiset ja tanskalaiset tutkijat ovat analysoineet satelliittihavaintoja 30 vuoden ajalta saadakseen selville, ovatko navat vaihtamassa paikkaa eli onko Maan magneettikentän napaisuus muuttumassa.

Vuoteen 1990 asti pohjoisnapa siirtyi enintään 15 kilometriä vuodessa, mutta vuosien 1990 ja 2005 välillä se liikkui kohti Siperiaa 50–60 kilometrin vuosivauhtia – ja sama meno jatkuu. Liike on jo nyt heikentänyt maapallon magneettikilpeä kymmenen prosenttia.

Vuosien 1990 ja 2005 välillä pohjoisnapa on liikkunut kohti Siperiaa 50–60 kilometrin vuosivauhtia.

Jos kehitys johtaa siihen, että navat vaihtavat paikkaa, Maa menettää magneettikenttänsä. Samoin tein menetetään sähköverkot ja nykyaikainen tietotekniikka, ja pian ihosyöpätapausten määrä lähtee jyrkkään kasvuun sen seurauksena, että säteily pääsee esteettömästi avaruudesta maapallolle.

Virrat pyörähtelevät rautaytimessä

Maan magneettikenttä muodostaa laajan kilven, joka antaa planeetalle suojaa kosmista säteilyä ja haitallisia ultraviolettisäteitä vastaan. Sitä pitävät paikallaan magneettinen etelä- ja pohjoisnapa. Selitys löytyy Maan sisältä.

Maan magneettikenttä muodostuu 3 000 kilometrin syvyydessä planeetan nestemäisessä ulkoytimessä, joka ympäröi kiinteää sisäydintä. Siinä raudan olomuoto on kiinteä valtavan paineen vuoksi.

Noin 6 000-asteinen sisäydin saa aikaan kuumia sulan raudan virtauksia ulkoytimen läpi. Virrat jäähtyvät, kun ne lähestyvät nestemäisen ytimen päällä olevaa kerrosta, vaippaa. Siksi raudasta tulee raskaampaa, ja se alkaa taas vajota. Rautamassan pyörteilemiseen vaikuttaa myös Maan jatkuva pyörimisliike.

Liikkeessä ollessaan sähköä johtavat aineet saavat aikaan sähkövirtoja, ja näin tapahtuu myös ulkoytimen rautavirtauksissa, jotka luovat Maan magneettikentän.

© Claus Lunau

Nestemäinen rauta suojaa Maata

Maan magneettikenttä syntyy planeetan nestemäisessä ulkoytimessä. Siellä sulan metallin liikkeet saavat aikaan sähkövirtauksia, jotka muodostavat magneettikentän. Ilman sitä maapallolla ei olisi suojaa avaruuden haitallisia hiukkasia vastaan.

Magneettikenttä näyttää siltä kuin planeetan läpi olisi isketty sauvamagneetti. Rautavirrat luovat samalla tavalla kuin sauvamagneetin ympärillä magneettisen pohjois- ja etelänavan, joista lähtevät kenttäviivat leviävät ikään kuin kilveksi. Kenttäviivat muistuttavat avaruudesta katsottuna kahta suurta puolipalloa, jotka ympäröivät Maata.

Magneettikilpi on voimakkaimmillaan päiväntasaajan seudulla ja heikoimmillaan navoilla, missä aurinkotuulen ja kosmisen säteilyn sähkövarauksiset hiukkaset pääsevät tunkeutumaan ilmakehään ja saavat aikaan revontulia.

Joskus ulkoytimen nestemäisen raudan pyörteilevät virtaukset kuitenkin siirtävät napoja, ja tapahtumasarja voi johtaa siihen, että pohjois- ja etelänapa vaihtavat paikkaa.

Sähkö- ja tietoverkot vaarassa

Viimeisten 83 miljoonan vuoden aikana Maan magneettikentän napaisuus on kääntynyt 183 kertaa – viimeksi 786 000 vuotta sitten. Silloin pohjoisnavasta tuli etelänapa ja etelänavasta pohjoisnapa.

Edeltäjillemme muutos ei merkinnyt loppua. Nykyinen huipputekninen yhteiskunta on kuitenkin haavoittuvainen, sillä kosmisen säteilyn voimistuminen huonosti suojaavan magneettikilven vuoksi voi estää sähkönjakelun, sammuttaa satelliitteja, vaikeuttaa lentoliikennettä ja vahingoittaa kansainvälisiä verkkoyhteyksiä.

Pohjoisnapa siirtyy etelämmäksi
© Shutterstock

Pohjoisnavan kiito voi enteillä suunnanmuutosta

Vuodesta 1990 lähtien magneettinen pohjoisnapa on kiitänyt kaakkoon ennätysvauhtia. Viimeaikaisten tutkimusten mukaan Siperian alla vahvistuvat magneettikentät vetävät napaa. Nopea liike voi tietää sitä, että navat ovat vaihtamassa paikkaa.

Elektroniikan sammahtaminen ei ole suinkaan ainoa uhka magneettikentän napaisuuden muuttuessa. Syöpäriski kasvaa huomattavasti magneettikilven puuttuessa, koska kaikki saavat silloin maapallolla melkein yhtä paljon kosmista säteilyä kuin astronautit nykyään Maan magneettikentän antaman suojan ulkopuolella.

Kun magneettikentän napaisuus muuttuu, magneettiset navat pysyvät paikallaan keskimäärin 200 000–300 000 vuotta. Geologien tekemä arvio perustuu magneettikentän suunnan määrittämiseen vulkaanisista kivistä, joihin on ikuistunut tuokiokuvia menneisyydestä. Ne paljastavat, millainen Maan magneettikenttä oli laavan purkautuessa.

Kun navat vaihtavat paikkaa, magneettikentän napaisuus ei muutu ainoastaan nestemäisessä ulkoytimessä vaan myös kiinteässä sisäytimessä. Siksi navat vakiintuvat paikalleen ja magneettikenttä voimistuu uudelleen. Ongelmallisin vaihe on tällöin jo ohi.

Viimeksi magneettikentän napaisuuden tilapäinen muutos kesti noin 1 500 vuotta, mutta yleensä täyskäännös vie aikaa 7 000 vuotta. Aika on pitkä kuin ikuisuus ihmiskunnan näkökulmasta tarkasteltuna.

Itse asiassa jo pienillä magneettikentän häiriöillä, jotka vaikuttavat napaisuuden muutoksen enteiltä, voi olla vakavia seurauksia.

Kyse on vain ulkoytimen magneettikentän muuttumisesta. Se saa navat siirtymään kohti päiväntasaajaa kaoottisella tavalla, ja samanaikaisesti voi olla olemassa useita pieniä pohjois- ja etelänapoja. Tapahtumasarja johtaa siihen, että magneettikenttä ja samalla Maan suoja avaruudesta tulevaa säteilyä vastaan heikkenee alle kymmenesosaan normaalista.

Joissakin tapauksissa magneettinavat voivat vaihtaa paikkaa lyhytaikaisesti siihen asti kun Maan kiinteän sisäytimen muuttumaton kenttä palauttaa tasapainon ja heittää navat takaisin lähtöpisteeseen. Juuri näin tapahtui noin 42 400 vuotta sitten, kun magneettikentän napaisuus muuttui tilapäisesti.

Kauripuu selvensi yksityiskohtia

Tuolloin Uuden-Seelannin Pohjoissaaressa alkoi kasvaa kauripuu. Se ehti saavuttaa noin 1 700 vuotta kestäneen elämänsä aikana 30–40 metrin pituuden. Kuoltuaan majesteettinen puu kaatui ja upposi suohon.

Vähähappinen vesi varmisti 60 tonnia painavan rungon säilymisen. Se löytyi, kun voimalaitostyömaalla alettiin rakentaa perustuksia.

Kauripuu

Uudessa-Seelannissa sijaitsevassa suossa säilyneen kauripuun 1 700 vuotta kestäneen elämän aikana magneettinavat vaihtoivat paikkaa ja palasivat alkuasetelmaan.

© Jonathan Palmer

Analysoimalla kookkaan puun vuosirenkaita tutkijat ovat saaneet yksityiskohtaista tietoa siitä, miten elinolosuhteet muuttuivat, kun Maan magneettikentän napaisuus kääntyi tilapäisesti päinvastaiseksi.

Tutkimusten mukaan ihmiskunnan täytyy varautua siihen, että kosmisen säteilyn määrä kasvaa rajusti ja terveydelle haitallinen Auringon ultraviolettisäteily voimistuu uhkaavasti.

Magneettikilven luhistumisesta väliaikaisen napakäännöksen aikana 42 400 vuotta sitten kertoo radiohiili eli hiilen radioaktiivinen isotooppi C-14. Sitä syntyy yläilmakehässä, kun avaruuden sähkövarauksiset hiukkaset ja ilman molekyylit törmäävät toisiinsa. Kun magneettikilpi heikkenee, ilmakehässä muodostuu enemmän radiohiiltä, jota kasvit, kuten komea kauripuu, sitovat itseensä.

Niiden 800 vuoden aikana, jolloin magneettinavat hypähtelivät kaoottisesti kohti päiväntasaajaa, Maan magneettikentän voimakkuus putosi kuuteen prosenttiin nykyisestä.

Ihmisiä, eläimiä ja kasveja Auringon ja ulkoavaruuden hiukkassäteilyltä suojaava magneettikilpi vuoti kuin seula, ja ilmakehään tuli paljon kosmista säteilyä. Otsonikerros hajosi, ja Auringon haitalliset uv-säteet pääsivät esteettömästi maanpinnalle.

Säteilyn voimistumisen vuoksi revontulia esiintyi subtrooppisella eli lämpimällä vyöhykkeellä.

Säteily pommittaa magneettikilpeä
© ESA/Shutterstock

Seurauksena syöpää ja kaaosta

Kun magneettikentän napaisuus vaihtuu niin kuin 42 400 vuotta sitten, padot aukeavat: ilmakehään pääsee runsaasti kosmista säteilyä, otsonikerros hajoaa ja ilmasto muuttuu. Lisäksi sähköinen viestintä häiriintyy vakavasti ja yhä useampi ihminen sairastuu.

Säteilyn voimistuminen muutti tuulijärjestelmiä ja samalla ilmastoa. Pohjois-Amerikka viileni, Eurooppa ja Aasia lämpenivät ja Australia kuivui niin pahasti, että silloiset suuret pussieläimet ja jättiläislinnut hävisivät.

Ultraviolettisäteily oli voimakkaimmillaan päiväntasaajalta eteläisen ja pohjoisen pallonpuoliskon 40. leveysasteelle ulottuvalla alueella. Vyöhykkeen pohjoisreuna kulki siis Välimeren Euroopan-puoleisella rannikolla. Siellä säteilymäärä kasvoi 40 prosenttia. Siksi pidetään mahdollisena, että elämän vaikeutuminen Afrikassa pakotti nykyihmisen muuttamaan Euroopan pohjoisosiin, koska Välimeren ympäristössä säteilytaso oli liian korkea. Tutkijoiden mukaan tämä voi olla osasyy siihen, että nykyihmiset syrjäyttivät neandertalinihmiset.

Luoliin luotiin taidetta

Magneettikentän napaisuuden vaihtuessa riski polttaa ihonsa voimakkaassa ultraviolettisäteilyssä saattoi pakottaa ihmiset hakemaan entistä useammin suojaa luolista. Suojautumistarvetta heijastaa tuon ajan runsas luolataide, jota tehtiin eri puolilla maailmaa.

Yleisimpiä aiheita olivat punaokraiset kädenjäljet.

Etelä-Australian museossa työskentelevän Alan Cooperin johtama kansainvälinen tutkijaryhmä tuli siihen tulokseen, että muinaisihmiset käyttivät okraa aurinkosuojana, kun hyvin voimakas ultraviolettisäteily poltti ihoa ja aiheutti siksi ihosyöpää.

Okraa käytetään yhä samaan tarkoitukseen Afrikan eteläosissa.

Niiden 500 vuoden aikana, jolloin magneettinen pohjoisnapa sijaitsi Etelämantereella ja magneettinen etelänapa arktisella alueella, magneettikilpi ehti vahvistua vähän, ennen kuin se heikkeni uudestaan pariksi vuosisadaksi. Kaaosvaiheen lopuksi navat palasivat vanhoille paikoilleen.

Sittemmin navat ovat alkaneet liikkua jälleen. Siksi Philip Livermore ja Matthew Bayliff englantilaisesta Leedsin yliopistosta ja Christopher Finlay tanskalaisesta DTU Space -tutkimuskeskuksesta ovat ryhtyneet ottamaan selvää siitä, odottaako ihmiskuntaa sellainen pyöritys kuin 42 400 vuotta sitten vai täyskäännös, jolla voi olla tuhoisat seuraukset.

Matkalla Siperiaan

Vastaus piilee 3 000 kilometrin syvyydessä syntyvissä rautavirtauksissa. Ikävä kyllä geofyysikot eivät pysty mittaamaan suoraan Maan sisuksen magneettisia ominaisuuksia, vaan he joutuvat kartoittamaan maanpinnan magneettikenttää satelliiteilla ja tekemään laskelmia.

Odotusten mukaan magneettinen pohjoisnapa jatkaa kiitoaan ja siirtyy 390–600 kilometriä kaakkoon. Sitä mahdollisuutta, että liike vaihtaa yhtäkkiä suunta lähivuosikymmeninä, ei voida kuitenkaan sulkea pois.

Siinä tapauksessa, että pohjoisnavan siirtyminen johtaa magneettikentän napaisuuden täyskäännökseen tai tilapäiseen vaihdokseen, kysymyksessä on vaarallinen kehityskulku.

Kun navat vaelsivat 42 400 vuotta sitten, kosmisen säteilyn määrä kasvoi ja ihmisiä, eläimiä ja kasveja haitalliselta ultraviolettisäteilyltä suojaava otsonikerros oheni ja repeili.

Normaalisti yläilmakehän otsoni pidättää huomattavan paljon Auringon ultraviolettisäteiden lämpöä. Kun kerros hajosi, ilmasto muuttui rajusti.

Ylemmän ilmakerrokset viilenivät, ja globaali tuulijärjestelmä joutui muutoksen kouriin.

Ihmiskunnalla voi kuitenkin olla yhtä paljon onnea kuin dinosauruksilla. Niiden valtakaudella 83–124 miljoonaa vuotta sitten Maan magneettikentän napaisuus ei vaihtunut kertaakaan.

Jos navat vaihtavat paikkaa, ihmisten on kyettävä suojaamaan itsensä lisäksi koko sähköinen tekniikkansa, sillä kosminen säteily voi vahingoittaa sitä. Tämän uhkakuvan edessä kaikilta toimijoilta tekniikkajäteistä sairaaloihin vaaditaan uudenlaisia varautumissuunnitelmia.