كوكبنا لديه المجال المغناطيسي الذييمكن ملاحظتها ، على سبيل المثال ، باستخدام البوصلة. يتشكل بشكل أساسي في قلب الكوكب المنصهر الحار للغاية وربما يكون في معظم وقت وجود الأرض. الحقل ثنائي القطب ، بمعنى أنه يحتوي على قطب مغناطيسي واحد من الشمال والجنوب. في نفوسهم ، سوف تشير إبرة البوصلة إلى الأسفل أو للأعلى على التوالي. يبدو وكأنه مربع المغناطيس على الثلاجة. ومع ذلك ، فإن المجال المغنطيسي الأرضي للأرض يخضع لتغييرات صغيرة كثيرة ، مما يجعل القياس غير ممكن. على أي حال ، يمكننا أن نقول أنه يوجد في الوقت الحاضر قطبين لوحظتا على سطح الكوكب: واحد في نصف الكرة الشمالي والآخر في نصف الكرة الجنوبي.
انقلاب المجال المغنطيسي الأرضي هو العمليةحيث يتحول القطب المغناطيسي الجنوبي إلى الشمال ، وهذا بدوره يصبح الجنوب. ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أنه يمكن في بعض الأحيان إخضاع المجال المغناطيسي لرحلات بدلاً من الانعكاس. في هذه الحالة ، فإنه يخضع لتخفيض كبير في قوته الإجمالية ، أي القوة التي تحرك إبرة البوصلة. أثناء الجولة ، لا يغير الحقل اتجاهه ، لكن يتم استعادته بنفس القطبية ، أي أن الشمال يظل شمالًا وجنوبًا وجنوبًا.
كما يتضح من السجل الجيولوجي ،لقد غير المجال المغناطيسي لكوكبنا أقطابه مرات عديدة. يمكن ملاحظة ذلك من الأنماط الموجودة في الصخور البركانية ، خاصة تلك المستخرجة من قاع المحيط. على مدى السنوات العشر الماضية ، حدث ما معدله 4 أو 5 مرات في كل مليون سنة. في لحظات أخرى من تاريخ كوكبنا ، على سبيل المثال ، خلال العصر الطباشيري ، كانت هناك فترات أطول من تغيير أقطاب الأرض. من المستحيل التنبؤ بها ، وهي ليست منتظمة. لذلك ، لا يمكننا التحدث إلا عن متوسط فترة الانقلاب.
قياسات الخصائص الجيومغناطيسية لديناتم الاحتفاظ بالكواكب بشكل مستمر إلى حد ما منذ عام 1840. حتى أن بعض القياسات تعود إلى القرن السادس عشر ، على سبيل المثال ، في غرينتش (لندن). إذا نظرت إلى الاتجاهات في شدة المجال المغناطيسي خلال هذه الفترة ، يمكنك أن ترى انخفاضها. يؤدي إسقاط البيانات إلى الأمام في الوقت المناسب إلى إنتاج عزم ثنائي القطب صفري في حوالي 1500-1600 سنة. هذا هو أحد الأسباب التي تجعل البعض يعتقد أن المجال قد يكون في المراحل الأولى من الانقلاب. من الدراسات التي أجريت على مغنطة المعادن في الأواني الفخارية القديمة ، من المعروف أنه خلال زمن روما القديمة كانت أقوى مرتين مما هي عليه الآن.
ومع ذلك ، فإن شدة المجال الحالي ليست خاصةمنخفضة من حيث نطاق قيمها على مدار الخمسين ألف عام الماضية ، وقد مر ما يقرب من 800 ألف عام منذ التغيير الأخير لقطبي الأرض. بالإضافة إلى ذلك ، مع الأخذ في الاعتبار ما قيل سابقًا عن الرحلة ، ومعرفة خصائص النماذج الرياضية ، فمن غير الواضح ما إذا كان من الممكن استقراء بيانات الرصد لمدة 1500 عام.
سجل التاريخ الكامل لسبريد واحد على الأقلغائب ، لذا فإن جميع العبارات التي يمكن الإدلاء بها تستند أساسًا إلى نماذج رياضية وجزئيًا على أدلة محدودة من الصخور التي احتفظت ببصمة مجال مغناطيسي قديم منذ تكوينها. على سبيل المثال ، تشير الحسابات إلى أن الانعكاس الكامل لقطبي الأرض يمكن أن يستغرق من واحد إلى عدة آلاف من السنين. إنه سريع بالمعايير الجيولوجية ، ولكنه بطيء بمقياس الحياة البشرية.
كما ذكر أعلاه ، لدينابيانات القياس الجيولوجي المحدودة حول أنماط التغيرات الميدانية أثناء الانعكاس. استنادًا إلى النماذج المحسوبة على أجهزة الكمبيوتر العملاقة ، يتوقع المرء بنية أكثر تعقيدًا على سطح الكوكب ، حيث يوجد أكثر من قطب مغناطيسي جنوبي وآخر شمالي. تنتظر الأرض "تجولهم" من موقعهم الحالي باتجاه وعبر خط الاستواء. لا يمكن أن يكون إجمالي شدة المجال في أي نقطة على هذا الكوكب أكثر من عُشر قيمتها الحالية.
بدون درع مغناطيسي ، سوف التكنولوجيا الحديثةأكثر عرضة لخطر التعرض للعواصف الشمسية. الأكثر ضعفا هي الأقمار الصناعية. فهي ليست مصممة لتحمل العواصف الشمسية في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي. لذلك إذا توقفت أقمار GPS الصناعية عن العمل ، فسوف تهبط جميع الطائرات على الأرض.
بالطبع على الطائرات كنسخة احتياطيةتحتوي الوسائل على بوصلات ، لكنها بالتأكيد لن تكون دقيقة أثناء انزياح القطب المغناطيسي. وبالتالي ، حتى احتمال فشل أقمار GPS الصناعية سيكون كافياً للهبوط بالطائرات - وإلا فقد تفقد الملاحة أثناء الطيران.
ستواجه السفن نفس المشاكل.
من المتوقع أن يحدث أثناء انعكاس المجال المغناطيسيستختفي طبقة الأوزون على الأرض تمامًا (وستعاود الظهور بعد ذلك). يمكن للعواصف الشمسية الكبيرة أثناء الانعكاس أن تستنفد طبقة الأوزون. عدد حالات سرطان الجلد سيتضاعف ثلاث مرات. من الصعب التنبؤ بالتأثيرات على جميع الكائنات الحية ولكنها قد تكون أيضًا كارثية.
في إحدى الدراسات ، عواصف شمسية ضخمةتم تسمية السبب المحتمل للانقلاب القطبي. في حالة أخرى ، سيكون الاحتباس الحراري هو السبب في هذا الحدث ، ويمكن أن يكون سببه زيادة نشاط الشمس. أثناء الانعكاس ، لن يتم حماية المجال المغناطيسي ، وفي حالة حدوث عاصفة شمسية ، سيزداد الوضع سوءًا. لن تتأثر الحياة على كوكبنا ككل ، كما أن المجتمعات التي لا تعتمد على التكنولوجيا ستكون بخير. لكن أرض المستقبل ستعاني بشكل رهيب إذا حدث الانعكاس بسرعة. ستتوقف الشبكات الكهربائية عن العمل (يمكن أن تتعطل بسبب عاصفة شمسية كبيرة ، وسيؤثر الانعكاس أكثر بكثير). في غياب الكهرباء ، لن يكون هناك إمدادات مياه وصرف صحي ، وستتوقف محطات الوقود عن العمل ، وستتوقف الإمدادات الغذائية. ستكون قابلية تشغيل خدمات الطوارئ موضع تساؤل ، ولن تكون قادرة على التأثير في أي شيء. سيموت الملايين وسيواجه المليارات صعوبات كبيرة. فقط أولئك الذين قاموا بتخزين الطعام والماء مسبقًا سيكونون قادرين على التعامل مع الوضع.
مجالنا المغنطيسي الأرضي مسؤول عن الحجبحوالي 50٪ من الأشعة الكونية. لذلك ، في غيابه ، سيتضاعف مستوى الإشعاع الكوني. على الرغم من حقيقة أن هذا سيؤدي إلى زيادة الطفرات ، فلن يكون لذلك عواقب مميتة. من ناحية أخرى ، فإن أحد الأسباب المحتملة لانزياح القطب هو زيادة النشاط الشمسي. يمكن أن يؤدي هذا إلى زيادة عدد الجسيمات المشحونة التي تصل إلى كوكبنا. في هذه الحالة ، ستكون أرض المستقبل في خطر كبير.
الكوارث الطبيعية والكوارث غير محتملة.يقع المجال المغنطيسي الأرضي في منطقة من الفضاء تسمى الغلاف المغناطيسي ، وتتشكل بفعل الرياح الشمسية. لا يحرف الغلاف المغناطيسي جميع الجسيمات عالية الطاقة التي تنبعث من الشمس مع الرياح الشمسية وغيرها من المصادر في المجرة. في بعض الأحيان يكون نجمنا نشطًا بشكل خاص ، على سبيل المثال ، عندما يكون هناك العديد من النقاط عليه ، ويمكنه إرسال سحب من الجسيمات في اتجاه الأرض. أثناء هذه التوهجات الشمسية والانبعاثات الكتلية الإكليلية ، قد يحتاج رواد الفضاء في مدار أرضي منخفض إلى حماية إضافية لتجنب جرعات أعلى من الإشعاع. لذلك ، نعلم أن المجال المغناطيسي لكوكبنا يوفر فقط حماية جزئية وليست كاملة من الإشعاع الكوني. علاوة على ذلك ، يمكن للجسيمات عالية الطاقة أن تتسارع في الغلاف المغناطيسي.
على سطح الأرض ، يعمل الغلاف الجوي مثلطبقة حماية إضافية توقف جميع الإشعاع الشمسي والمجرّي الأكثر نشاطًا. في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي ، سيستمر الغلاف الجوي في امتصاص معظم الإشعاع. تحمينا غلاف الهواء بشكل فعال مثل طبقة من الخرسانة بطول 4 أمتار.
عاش البشر وأسلافهم على الأرض فيعلى مدى عدة ملايين من السنين ، حدثت خلالها العديد من الانتكاسات ، ولا يوجد ارتباط واضح بينها وبين تطور البشرية. وبالمثل ، فإن وقت الانتكاسات لا يتزامن مع فترات انقراض الأنواع ، كما يتضح من التاريخ الجيولوجي.
Некоторые животные, такие как голуби и киты, استخدم المجال المغنطيسي الأرضي للملاحة. بافتراض أن الانعكاس يستغرق عدة آلاف من السنين ، أي أنه يستمر لأجيال عديدة من كل نوع ، فإن هذه الحيوانات قد تتكيف جيدًا مع البيئة المغناطيسية المتغيرة أو تطور طرقًا أخرى للملاحة.
مصدر المجال المغناطيسي غنيالحديد هو اللب الخارجي السائل للأرض. يقوم بحركات معقدة ناتجة عن الحمل الحراري في عمق قلب الكوكب ودورانه. تدفق السوائل مستمر ولا يتوقف أبدًا ، حتى أثناء الدوران. يمكن أن يتوقف فقط بعد استنفاد مصدر الطاقة. تنتج الحرارة جزئيًا عن طريق تحويل قلب سائل إلى قلب صلب يقع في مركز الأرض. استمرت هذه العملية بشكل مستمر لمليارات السنين. في الجزء العلوي من اللب ، والذي يقع على عمق 3000 كيلومتر تحت مستوى السطح تحت الوشاح الصخري ، يمكن للسائل أن يتحرك أفقيًا بسرعة عشرات الكيلومترات في السنة. حركته عبر خطوط القوة الحالية تنتج تيارات كهربائية ، وهذه بدورها تولد مجالًا مغناطيسيًا. هذه العملية تسمى التأفق. من أجل تحقيق التوازن في نمو المجال ، وبالتالي استقرار ما يسمى ب. "الجيودينامو" ، الانتشار ضروري ، حيث يوجد "تسرب" للحقل من القلب وتدميره. في النهاية ، يخلق تدفق السوائل نمط مجال مغناطيسي معقد على سطح الأرض مع تغييرات معقدة بمرور الوقت.
محاكاة الجيودينامو على الحواسيب العملاقةأظهر الطبيعة المعقدة للمجال وسلوكه بمرور الوقت. أظهرت الحسابات أيضًا انعكاس القطبية عندما يتغير أقطاب الأرض. في مثل هذه المحاكاة ، تضعف قوة ثنائي القطب الرئيسي إلى 10٪ من القيمة العادية (ولكن ليس إلى الصفر) ، ويمكن للأقطاب الموجودة أن تتجول حول العالم مع الأقطاب الشمالية والجنوبية المؤقتة الأخرى.
اللب الداخلي الصلب لكوكبناتلعب هذه النماذج دورًا مهمًا في إدارة عملية الانعكاس. نظرًا لحالتها الصلبة ، لا يمكنها توليد مجال مغناطيسي عن طريق التأفق الأفقي ، ولكن أي مجال يتشكل في السائل من اللب الخارجي يمكن أن ينتشر أو ينتشر في الداخل. يبدو أن تأجيل اللب الخارجي يحاول بانتظام عكسه. ولكن طالما أن المجال المحاصر في اللب الداخلي لا ينتشر في البداية ، فلن يحدث التغيير الحقيقي للأقطاب المغناطيسية للأرض. بشكل أساسي ، يقاوم اللب الداخلي انتشار أي مجال "جديد" ، وربما تنجح محاولة واحدة فقط من بين كل عشر محاولات في مثل هذا الانعكاس.
يجب التأكيد على أنه على الرغم من هذه النتائج ورائعة في حد ذاتها ، فمن غير المعروف ما إذا كان من الممكن نسبتها إلى الأرض الحقيقية. ومع ذلك ، لدينا نماذج رياضية للحقل المغناطيسي لكوكبنا على مدى 400 عام الماضية ، مع بيانات مبكرة تستند إلى ملاحظات البحارة التجار والبحرية. يُظهر استقراءهم للبنية الداخلية للكرة الأرضية نمو مناطق التدفق العكسي بمرور الوقت عند حدود اللب والعباءة. في هذه النقاط ، يتم توجيه إبرة البوصلة ، بالمقارنة مع المناطق المحيطة ، في الاتجاه المعاكس - الداخل أو الخارج من القلب. مناطق التدفق العكسي هذه في جنوب المحيط الأطلسي مسؤولة بشكل أساسي عن إضعاف الحقل الرئيسي. كما أنها مسؤولة عن حد أدنى من التوتر يسمى الشذوذ المغناطيسي البرازيلي ، المتمركز في أمريكا الجنوبية. في هذه المنطقة ، يمكن للجسيمات عالية الطاقة الاقتراب من الأرض ، مما يتسبب في زيادة خطر الإشعاع على الأقمار الصناعية في مدار أرضي منخفض.
لا يزال هناك الكثير الذي يتعين عمله للمزيدفهم خصائص البنية العميقة لكوكبنا. هذا عالم تتشابه فيه الضغوط ودرجات الحرارة مع سطح الشمس ، ويصل فهمنا العلمي إلى حدوده.
