GEOLOGIJA

Pripremila: Dr Gordana Jovanović

Zemljino magnetno polje

Prirodne pojave ili haos

Izgled Zemlje se menjao tokom 4,6 milijardi godina njenog postojanja. Planine su se izdizale i vremenom erodovale, kontinenti i okeani su se pomerali i preseljavali na velika rastojanja. Zemljinu prošlost odlikuju i velike klimatske razlike - od izuzetno hladne i skoro potpuno prekrivene ledom do veoma tople. Ove promene su se obično dešavale sporo da bi se mogle primetiti tokom trajanja jednog ljudskog života, a mnoge se dešavaju i danas. Događaji koji su se smenjivali na Zemlji doveli su do nastanka i evolucije živog sveta koje u vidu okamenjenih ostataka-fosila možemo proučavati na površini planete. Međutim, jedna od krupnih promena u unutrašnjosti Zemlje koja sve više zaokuplja pažnju ali i stvara brige savremenom čoveku je promena zemljinog magnetnog polja (geomagnetnog polja).

Već nekoliko godina geolozi ukazuju da magnetno polje sve više slabi i da bi moglo potpuno da nestane i prouzrokuje zamenu magnetnih polova. To bi značilo da severni pol postane južni, a južni severni. Poslednja istraživanja sedimenata iz drevnog jezera u podnožju Apenina, u Italiji, pokazala su da se smer polja promenio za manje od stotinu godina. Ovaj podatak je uneo dodatan strah po pitanju budućnost naše planete i živog sveta.

Kao posledica delovanja zemljinog magnetnog polja nastaje magnetizam Zemlje. Zemlja je veliki magnet čiji se polovi ne podudaraju sa geografskim polovima, već se položaj magnetnog polja menja kao i njegova jačina . Magnetni pol Zemlje je mesto na površini gde su linije polja normalne na njenu površinu.

Promene magnetnog polja danas ne iznenađuju naučnike jer je utvrđeno da su se smene polova i ranije dešavala, t.j. magnetsko polje je potpuno prestajalo da postoji i menjalo smer više puta u planetarnoj istoriji. Učestalost smena polova je varirala; zabeleženi su preokreti i na svakih 250.000 godina, a prema nekim podacima i na svakih 100.000 godina. Magnetni jug i sever poslednji put su se zamenili pre oko 780.000 godina, što znači da nova smena koje se mnogi pribojavaju već „kasni“.

Ova kretanja se prate već duže vreme pa je zapaženo da se od 1800. do 1900. godine magnetni pol pomerao za petnaestak kilometara godišnje. Potom se pomeranje polako ubrzavalo pa je osamdesetih godina „skočilo“ na brzinu od 55 do 60 km godišnje i sve više se ubrzava. U poslednjih stotinu godina severni magnetni pol se pomerio za više od 1.500 km - a snaga magnetnog polja je oslabila za oko 10 % za poslednjih 150 godina. Istovremeno su zabeleženi značajno slabljenje i drugi poremećaji magnetnog polja, što prema mišljenjima geologa može da označava početak njegovog obrtanja. Jedan od ključnih zaključaka je da se u unutrašnjosti Zemlje dešavaju kretanja koja prouzrokuju promene magnetnog polja.

Uzroci kretanja Zemljinog magnetnog polja su još uvek neobjašnjeni, zbog čega je Evropska svemirska agencija 2013. godine lansirala swarm satelite koji kruže oko planete i čiji je cilj da prate promene magnetnog polja tokom četiri godine.

Poslednja merenja su potvrdila da postoji opšti trend slabljenja polja, naročito nad zapadnom hemisferom i pomeranje severnog magnetnog pola preko Arktičkog okeana ka Sibiru za 64 kilometra, dok je u južnom Indijskom okeanu primećeno jačanje magnetnog polja . Podaci koje prikupljaju sateliti pomoc´i će naučnicima da bolje razumeju kako magnetno polje deluje, zašto polje slabi, kakav je uticaj sunčeve aktivnosti na magnetizam Zemlje... Swarm sateliti ne prikupljaju samo signale koji dolaze iz magnetnog polja Zemlje vec´ i druge podatke o planetarnoj kori i okeanima. Podaci se koriste za proučavanje pomeranja kontimentalnih ploča i predviđanje zemljotresa, ali i za pronalaženje terena bogatih prirodnim resusima.

Šta je uzrok promena magnetnog polja?

Još uvek nisu u potpunosti utvrđeni poreklo i vreme nastanka magnetnog polja, niti uzrok njegovih promena. Pretpostavlja se da izvori energije potiču od preostale toplote iz perioda od preko 4 milijarde godina kada je planeta bila usijana - prvi život koji se pojavio na Zemlji verovatno je na neki način bio zaštićen od štetnog uticaja kosmičkog zračenja. Nedavna proučavanja magnetne snage svakog zrna meteorita koji se srušio u severnoj Indiji 1940. pokazala su da je ostala nepromenjena još od njegovog formiranja u takozvanom protoplanetarnom disku kada je rani Sunčev sistem imao mnogo jače magnetno polje nego sada . Danas magnetno polje deluje kao džinovski nevidljivi omotač koji štiti planetu od opasnih zračenja koja se izbacuju iz Sunca u vidu solarnih oluja.

Presek kroz unutrašnjost Zemlje - usijano jezg r o u centru Zemlje

Jasno je da magnetno polje postoji i da se stalno menja. D a bismo razumeli način njegovog postanka i šta se dešava sa njim, trebalo bi sagledati sve događaje u zemljinoj kori, ali i poći do središta Zemlje gde ono nastaje. Najprihvatljivija teorija koja objašnjava mehanizam kojim nebeska tela kao što su Zemlja ili zvezde proizvode magnetno polje zove se "dinamo efekat". Pretpostavlja se da Zemljino magnetno polje nastaje u centru planete, u rastopljenom metalnom jezgru koje se nalazi skoro 3.000 km ispod njene površine . Istopljeni metali imaju svoje struje slično strujama u okeanima, a pokreti ovih struja stvaraju magnetno polje. Praktično, u srcu naše planete nalazi se usijana "lopta" izgrađena od gvožđa i nikla koju istraživači nazivaju unutrašnje jezgro. Polje se generiše u tečnom spoljašnjem delu jezgra koje se kreće pod uticajem toplote iz jezgra i Zemljine rotacije. Spore cirkulacije ovog rastopljenog metala koji nosi nejednake količine pozitivnog i negativnog naelektrisanja stvaraju pri tome električna strujanja, zbog čega se Zemlja smatra jednim velikim elektromagnetom .

K retanja u jezgru su prilično haotične prirode pa periodično dolazi do promene smera kretanja, što prouzrokuje promenu polariteta magnetskog polja; u nekom području dolazi do jačanja magnetnog polja, dok u drugom dolazi do njegovog slabljenja. Kretanje tečnog spoljašnjeg jezgra povlači i magnetno polje sa njim, a slabljenje polja na nekoj površini znači da je protok u spoljašnjem jezgru ispod te površine usporio .

Iako je teorija "dinamo efekat" najviše prihvac´ena, postoje i druge teorije. Jedna od njih ukazuje da je magnetno polje izazvano Sunčevom aktivnošću i uticajima drugih nebeskih tela, a postoje i mišljenja da je sama rotacija planete omogućila stvaranje magnetnog polja... Međutim, magnetni signali iz mezozoika, doba dinosaurusa, ukazuju i na druge uzroke nastanka magnetnih preokreta.

Zapisi u stenama

Radoznali duh je naučnike naveo da vrše eksperimente na površini Zemlje. Na osnovu petogodišnjih istraživanja utvrdili su da postoji veza između tektonike ploča i učestalosti promena magnetnog polja. Eksperimenti su pokazali da preokreti nastaju kada pokreti rastopljenog metala više nisu simetrični u odnosu na ekvatorijalnu ravan. Polazeći od tog podatka, naučnici su izračunali stepen asimetrije u odnosu na ekvator za nekadašnji superkontinent Pangea koji se pre oko 200 miliona godina počeo raspadati u više manjih kontinenata. Došli su do zaključka da su promene magnetnog polja u poslednjih 300 miliona godina zavisile od pomeranja tektonskih ploča na površini planete, odnosno od svega što se dešava u Zemljinom plaštu.

Promene magnetnog polja ostavile su zapise u stenama koji omoguc´avaju izračunavanje nekadašnjih pokreta kontinenata i okeanskog dna kao rezultat tektonike ploča . Geolozi su do sada prepoznali niz promena magnetnog polja - 26 promena je konstatovano u stenama od gornjeg miocena do danas, u periodu koji predstavlja proteklih 5,5 miliona godina. Nasuprot tome, utvrđeno je da u kasnoj kredi (u periodu od pre 120 do pre 80 miliona godina), magnetno polje nije nijednom obrnuto.

Šta se saznaje iz magnetnog polja?

Saznanje da magnetno polje Zemlje veoma brzo opada navelo je stručnjake da primenjuju matematički model Zemljinog magnetnog polja, na osnovu kojeg će moći da predvide promene u budućnosti. Geolozi ukazuju da se ipak mnogo više podataka može dobiti proučavanjem fosila i stena nastalih u prošlosti naše planete.

Teorija o kretanju kontinenata je nekoliko decenija uglavnom bila ignorisana. Tek sa proučavanjem paleomagnetizma u stenama, ova teorija postaje sve priznatija. Istraživanjem okeanskog dna na kojem su otkrivene magnetne "trake" sa naizmeničnim magnetnim orijentacijama omogućile su bolje razumevanje događaja iz prošlosti. Korišc´enjem uređaja pod nazivom "magnetometri" naučnici su uspeli da izmere orijentaciju magnetnih etaža koje datiraju iz različitih perioda istorije Zemlje. Ovo otkric´e je bilo ključ za razvoj mehaničke teorije o kretanju kontinenata.

Mala namagnetisana zrna u stenama se orijentišu tako da budu paralelna sa pravcem magnetnog polja prema severnom polu; (b) vremenska skala geomagnetnog polariteta pokazuje kako se pravac polariteta Zemljinog magnetnog polja menjao kroz vreme ( c rne trake ukazuju na normalni polaritet, a bele trake ukazuju na obrnuti polaritet ) .

Sedimentne stene stiču slab magnetizam u vreme deponovanja na osnovu kojeg geolozi pokušavaju da otkriju način i vreme promena polariteta stene i utvrde njenu starost. Pod povoljnim uslovima polaritet sačuvan u steni odgovara "geomagnetskim promenama na vremenskoj skali" i starosti određenih stena i fosila sačuvanih u njima. Koristeći razne metode, paleontolozi donose zaključke o starosti fosila kao: "Ova školjka je stara oko 20 miliona godina ili ova kost je deo skeleta dinosaurusa i stara je oko 70 mil godina" itd. Da bi se utvrdilo koliko je stara stena, obično se koriste radiometrijske metode, na osnovu radioaktivnog raspadanja pojedinih elemenata.

U kombinaciji sa ovim metodama, u novije vreme sve češće je u upotrebi magnetostratigrafska metoda. Zasniva se na činjenici da se magnetizam Zemlje često menja. Ova metoda koristi drevne orijentacije Zemljinog magnetskog polja koje su se menjale kroz vreme. Vreme i način ovih promena su prilično nepravilni - ponekad magnetno polje na nekom mestu može ostati nepromenjeno desetinama miliona godina, a na drugom mestu može promeniti svoj polaritet (severni pol postaje južni i obrnuto). Kada je severni magnetni pol nedaleko od geografskog severnog pola (kao što je danas), zove se normalni polaritet. Obrnuti polaritet je kada se magnetski "sever" nalazi u blizini geografskog južnog pola. Ovaj geomagnetski polaritet se prikazuje u vidu svetlih i tamnih traka na vremenskoj skali i podeljen na periode normalnog polariteta i obrnutog polariteta.

Ako se polovi preokrenu...

Najpreciznije podatke o poslednjem preokretu magnetnog polja dala su proučavanja naučnika iz Italije, Francuske, Kolumbijskog univerziteta i Univerziteta iz Kalifornije. Proučavajući slojeve vulkanskog pepela u Italiji koji sadrži minerale sa tragovima Zemljinog magnetnog polja, utvrđeno je da se poslednji preokret magnetnog polja dogodio pre 786.000 godina i to za manje od 100 godina. Zbog ovog otkrića sve češće se postavljaju pitanja: da li treba da se plašimo za budućnost Zemlje ali i za budućnost živog sveta, i kakve posledice mogu nastati promenama magnetnih polova?

Pojedini naučnici najavljuju da bi ova smena mogla da izazove kataklizmične pojave i veoma štetan uticaj na organizme. Poznato je da neke životinje imaju receptore u mozgu koji reaguju na magnetna polja, a pretpostavlja se da možda i druga bića imaju slične receptore ali ih ne koriste. Morski mekušac Tritonia diomedea je primer za proučavanje i tumačenje kako nervni sistem detektuje magnetne signale. Životinja reaguje na promene magnetnog polja, orijentiše se na osnovu njega i može se vratiti na početno mesto posle lutanja po morskom dnu u potrazi za hranom. Ipak, objašnjenja za ove sposobnosti nisu dovoljno jasna. Šta se može desiti sa mnogim životinjama koje migriraju i koriste magnetna polja za orijentaciju kao na primer insekti, ptice, ajkule ili morske kornjače? Mlade kornjače koje se izlegu na obali odlaze u vodu, a kad odrastu ponovo se vraćaju na mesto gde su rođene da bi položile jaja. Zahvaljujući tome što svaka obala ima svoj magnetni zapis, životinje ga zapamte i kasnije koriste kao sopstveni kompas. Kako bi preokret polova mogao uticati na život svih organizama, jedno je od najvažnijih pitanja koja se postavljaju naučnicima.,

Magnetno polje Zemlje ima veliki uticaj i na klimatske promene. Postoji jaka veza između magnetnog polja i količine padavina u tropskim predelima, naročito u gornjim slojevima atmosfere, što znači da povećanje CO2 nije jedini uzrok promena klime na ovim visinama. Oblast iznad gornjeg dela atmosfere-jonosfere i prostor od nekoliko desetina hiljada kilometara u svemir, naziva se magnetosfera. To je podru čj e gde je Zemljino magnetsko polje u interakciji sa sunčevim olujama. Ovaj region štiti Zemlju i živi svet od štetnog ultraljubičastog zračenja i naelektrisanih čestica koje dolaze od Sunca.

Magnetno polje je zaštitni omotač Zemlje

Iako magnetno polje pruža zaštitu od sunčevog zračenja, nema pouzdanih dokaza da su promene magnetnog polja bile uzrok masovnim izumiranjima. To je normalan prirodan proces kroz koji je planeta prošla više desetina puta, mada se još uvek ne zna ni koliko taj proces može trajati u budućnosti, niti kakve tačno posledice mogu nastati. Tačno je da intenzitet polja opada, ali njegova jačina je i dalje velika. Za sada se pretpostavlja da bi u slučaju promene polova moglo doći do havarija na dalekovodima i GPS sistemima, a naučnici veruju da će se buduća tehnologija moći nositi sa problemima koji budu nastali zbog promene polova.

Najnovije procene su da će se proces odugovlačiti u narednih više hiljada godina (između 1000 i 10.000 godina). Zamena polova u budućnosti može se desiti ili vremenom zaustaviti kao što se desilo u kasnoj kredi, ali Zemlja je suviše složen sistem da bi se mogao predvideti ishod tako da još uvek nema naučnog konsenzusa o štetnosti i mogućim posledicama. Bez obzira na sva dosadašnja sznanja, teško je i zamisliti da jednoga dana svi kompasi umesto juga pokazuju sever.

Dr Gordana Jovanović, Prirodnjački muzej

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"