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.

Jordens skjold går ned

Klodens magnetfelt bliver svagere. Forsvinder det helt, er Jorden ubeskyttet mod stråling fra verdensrummet – og mennesket truet som art. Med hjælp fra tre satellitter kæmper forskerne nu i et kapløb mod tiden for at forstå de kaotiske forhold, der skaber forsvarsværket

Mellem Alaska og Sibirien bugter en underjordisk flod sig afsted fra øst mod vest. Men det er en flod helt ulig noget, vi kender fra overfladen.

Væsken er nemlig ikke vand, men flydende jern, som strømmer afsted i 3000 kilometers dybde.

Det flydende jern i den 420 km brede flod bevæger sig op mod fem meter i timen eller 50 km om året. Ifølge forskere fra University of Leeds og Danmarks Tekniske Universitet stiger hastigheden.

Deres data viser, at floden nu bevæger sig tre gange hurtigere end for bare 15 år siden og hurtigere end noget andet i Jordens indre.

Sammen med andre spor understøtter floden forskernes mistanke om, at kernen er langt mere dynamisk end hidtil antaget.

Det betyder, at Jordens livsvigtige magnetfelt er under hastig forandring, og at en katastrofal såkaldt polvending kan være nært forestående.

© Claus Lunau

Flydende jern beskytter Jorden

Jordens magnetfelt opstår i den ydre, flydende del af planetens kerne. Her skaber bevægelser i det flydende metal elektriske strømninger, som danner magnetfeltet. Uden feltet ville kloden være forsvarsløs mod skadelige rumpartikler, som rejser med lysets hastighed og bl.a. bliver skabt ved soludbrud.

  • Flydende jern størkner i kernen

    Materiale fra Jordens flydende, ydre kerne størkner på overfladen af den indre faste kerne. Processen frigiver energi, som skaber op- og nedadgående strømninger i den ydre kernes flydende jern. Strømningerne er de samme som dem, der opstår i vand, lige før det koger.

  • Rotation skaber hvirvelstrømme

    Den såkalde corioliskraft, skabt af Jordens rotation, tvister de op- og nedadgående strømninger af flydende jern til modsat­roterende hvirvler.

  • Polerne er udsatte

    Jernets hvirvelbevægelser skaber et magnetfelt, som beskytter Jorden mod stråling. Kun omkring den magnetiske nord- og sydpol, hvor magnetfeltets feltlinjer står tæt på lodret, trænger energirige partikler fra rummet ned. Her kolliderer de med luftens molekyler og skaber polarlys.

Klodens skjold taber styrke

Jernfloden blev opdaget af de tre europæiske Swarm-satellitter pga. variationer i magnetfeltet.

Men variationerne kan også på sigt være tegn på alvorlige problemer for vores planet. Forskerne ved, at den magnetiske nordpol de seneste 2000 år har danset omkring den geografiske nordpol med op til 15 km om året.

De tre europæiske Swarm-satellitter er ni meter lange og blev sendt op med en russisk raket fra Plesetsk-kosmodromen i 2013.

© ESA

Siden 1860’erne er styrken af magnetfeltet desuden aftaget med ca. 10 pct. Derfor har forskerne travlt med at forstå, hvad der skaber feltet, og ikke mindst konsekvenserne for menneskeheden, hvis det svækkes yderligere eller helt forsvinder.

Magnetfeltet opstår primært pga. af strømme i det ydre, flydende lag af kernen. Floden af flydende jern, som forskerne netop har opdaget, er en del af de strømninger og med til at skabe en selvforstærkende dynamo. Men dynamoen er ustabil.

Geologerne har påvist, at magnetfeltet kan slukke næsten helt og skifte retning, så et kompas i stedet for at pege mod nord som nu ville pege mod syd.

Forskerne ved dog ikke, om vi er på vej mod en sådan såkaldt polvending.

© ESA/ATG Medialab

Trillingesatellitter kortlægger Jordens magnetfelt

Swarm-konstellationen består af satellitterne Alpha, Bravo og Charlie, der sammen måler styrken og retningen af Jordens magnetfelt.

Samarbejdet gør målingerne ti gange mere præcise end med en enlig satellit. Efter blot få år i rummet har Swarm leveret data til flere banebrydende videnskabelige opdagelser.

Den største er afsløringen af en voksende flod af flydende jern i Jordens ydre kerne under Alaska og Sibirien.

Swarm har desuden opdaget, hvordan uvejr i Jordens øvre atmosfære forårsager fejl og blackout på GPS-netværket, og i april 2017 opdagede satellitterne en strøm af 3000 °C varme gasser 300 km over Jordens overflade.

  • Hver satellit er udstyret med magnetometre, som måler Jordens magnetfelt. To af dem, Alpha og Charlie, flyver side om side i 450 kilometers højde i et kredsløb, der sender dem forbi både nord- og sydpolen seks-ni gange i døgnet.

  • Bravo-satellitten befinder sig også i et polært kredsløb, men 80 km højere oppe, og ændrer løbende sin bane i forhold til de to andre.

  • © ESA/ATG Medialab

    Satellitterne har hver deres perspektiv på magnetfeltet. De er derfor langt mere præcise end deres forgængere, da de lettere kan adskille, hvor meget fx Jordens kerne og skorpe bidrager til det samlede felt.

  • © Claus Lunau

    Flod af jern bruser under asien

    Swarm-satellitterne har kortlagt Jordens magnetfelt i større detaljegrad end tidligere. En af de centrale opdagelser er en flod af flydende jern, der
    bevæger sig fra øst mod vest under Asien og bliver kraftigere for hvert år. Floden afslører, at Jordens kerne og dermed magnetfeltet er langt mere
    dynamisk, end hidtil antaget.

Men de ved, at polerne har byttet plads flere gange i Jordens levetid – senest for 780.000 år siden. Frekvensen af polvendingerne varierer, men de sker i gennemsnit med 370.000 års mellemrum.

Et kraftigt og stabilt magnetfelt er forudsætningen for vores civilisation. Jorden bombarderes konstant af energirige partikler fra rummet, som afbøjes af magnetfeltet.

Kun i polområderne, hvor feltlinjerne står mere eller mindre lodret, kan partiklerne slippe helt ned i den øvre atmosfære, hvor de skaber polarlys.

Et svagere magnetfelt som følge af en polvending vil betyde et svagere rumskjold og dermed, at flere partikler slipper igennem forsvarsværket og når Jordens overflade.

Og konsekvenserne er foruroligende: kritiske fejl i computere, ødelagt teknologi, problemer med elforsyningen og, ikke mindst, flere tilfælde af alvorlige og dødbringende sygdomme.

© ESA/ATG Medialab

Satellitternes finmekanik

  • Stjernekamera bestemmer detaljeret satellittens orientering i rummet, så målingerne af magnetfeltets retning bliver så præcise som mulige.

  • Magnetometer, som måler retningen af magnetfeltet

  • Magnetometeret, der måler styrken af magnetfeltet, sidder langt væk fra resten af satellitten for at undgå magnetisk støj fra elektriske kredsløb.

  • Laserreflektor måler afstanden til jordoverfladen med en fejlmargin på blot 2 cm.

  • GPS-antenner fastslår satellittens position og er dermed kritiske for præcisionen af de magnetiske målinger.

Neandertalerne blev ramt

Årsagen til polvendinger er endnu ikke kendt i detaljer. Geologernes bedste bud er, at områder opstår i 3000-5000 kilometers dybde, hvor feltet lokalt har den modsatte magnetiske retning af det overordnede felt.

Sådan et område findes bl.a. under Sydafrika. Bliver områderne store nok, påvirkes det samlede magnetfelt. Herfra kan det gå to veje – enten genopstår feltet i sin originale retning, eller også vender det på hovedet og får den modsatte retning.

Men for at områderne med modsat magnetfelt kan opstå, kræver det variationer i strømmen af energi og materiale i den ydre kerne.

Computersimuleringer af magnetfeltet viser, at spontane polvendinger ikke kan opstå i en ensartet og symmetrisk kerne.

Tillader simuleringerne derimod uorden og asymmetri, som floden af flydende jern er et eksempel på, opstår polvendingerne igen og igen.

Polskift skaber totalt magnetisk kaos

Under en polvending går magnetfeltet i kludder. Simuleringer viser, at styrken falder til under 10 pct. af den nuværende, og små, lokale magnetfelter opstår, som vil gøre fx navigation med kompas umulig. I geologisk sammenhæng sker polskift på et splitsekund, men computermodellerne viser, at det vil tage ca. 1000 år, fra feltet starter sit kollaps, til det er tilbage på normal styrke med modsat fortegn. Simuleringerne viser også, at den indre, faste kerne klamrer sig til det originale felt og stritter imod skiftet.

  • © UC Santa Cruz

    Et velordnet magnetfelt har én nordpol og én sydpol. Feltlinjerne peger ud af polområderne og væk fra jorden. 500 år inden et polskift begynder feltlinjerne at ændre sig.

  • © UC Santa Cruz

    Under et polskift er feltlinjerne kaotiske. De peger i tilfældige retninger, mens der opstår flere nord- og sydpoler. Efter yderligere 500 år er polskiftet gennemført.

Ifølge de geologiske data tager en fuldstændig polvending mellem 1000 og 20.000 år, men den foregår ikke gradvist og glat.

I stedet går magnetfeltet i stykker og bryder op i mange små felter. Konsekvensen af de mange småfelter er, at kloden har flere magnetiske nord- og sydpoler på én gang. Under de forhold er navigation med kompas komplet umulig.

I løbet af fasen, hvor polvendingen foregår, falder styrken af magnetfeltet med mere end 90 pct. I de århundreder eller årtusinder, hvor feltet er svagest, modtager kloden en stærkt forhøjet dosis stråling fra rummet. Og måske har det allerede påvirket menneskets udvikling.

Størknede magneter afslører skiftende poler

Forskerne ved, at de magnetiske poler med jævne mellemrum bytter plads. I begyndelsen af 1900-tallet afslørede geologer, at magnetiske jernforbindelser i gammel lava var størknet, så deres magneter pegede modsat af nutidens felt. I havbundsklippen basalt findes ligeledes magnetiske mineraler, og med dem kan forskerne følge de skiftende poler hundrede mio. år tilbage. Skiftene er så uregelmæssige, at de ikke kan forudsiges. I kridttiden havde magnetfeltet fx sin nuværende retning i over 30 mio. år, mens det i andre perioder er skiftet flere gange på blot 100.000 år.

Det mener i hvert fald de to franske forskere Jean-Pierre Valet og Hélène Valladas. I deres undersøgelser stiller de skarpt på en periode under seneste istid for 41.000 år siden.

Her kollapsede populationen af menneskearten neandertaler i Europa – præcis samtidigt med en såkaldt geomagnetisk afvigelse.

Her udfører magnetfeltet de indledende øvelser til en polvending, og polerne kan endda kortvarigt bytte plads, men til sidst finder magnetfeltet tilbage til sin oprindelige retning.

Det var, præcis hvad der skete under den såkaldte Laschamp-hændelse. I godt 250 år skiftede nord- og sydpolen frem og tilbage, og styrken af magnetfeltet faldt med 95 pct., hvilket bl.a. medførte skader på ozonlaget over Europa, så mere skadelig og kræftfremkaldende ultraviolet stråling fra Solen ramte Jordens overflade.

© Claus Lunau

Diamanter og røntgen åbner vindue til kernen

To diamanter presses så hårdt sammen, at de mellem deres spidser simulerer trykket på mange hundrede gigapascal i centrum af kloden. I ambolten, mellem de to diamantspidser, isolerer forskerne et mikroskopisk stykke jern. En laserstråle varmer jernet op til mere end 5000 °C. Jernkornet bryder en kraftig røntgenstråle, som så tegner et mønster på en plade. Mønsteret fra den brudte røntgenstråle afslører, hvordan jern opfører sig under de forhold, der hersker i Jordens kerne.

De ændrede strålingsforhold er ikke hele forklaringen på neandertalernes forsvinden. Men ifølge Valet og Valladas’ teori blev neandertalerne så svækkede, at de ikke kunne håndtere trykket fra istidens hurtige klimaskift og det moderne menneskes samtidige indmarch på kontinentet.

Afgørelsen falder i 2034

Med den viden i baghovedet er det interessant, at den nuværende udvikling i Jordens magnetfelt minder om begyndelsen på Laschamp-hændelsen.

Feltstyrken falder hurtigt, og områderne i den ydre kerne med modsat magnetisering vokser. I sidste ende kan vi altså om få århundreder opleve en periode, hvor Jordens skjold mod rummets stråling er næsten væk.

© ESA

Farlige partikler rammer med lysets hastighed

  • Strålingsfare.

    Jorden bombarderes konstant af kosmisk stråling, som bl.a. består af energirige partikler fra supernovaer. Partiklerne når frem til Jorden med tæt på lysets hastighed, men magnetfeltet stopper størstedelen og forhindrer dem i at gøre skade på jordoverfladen.

  • Styrke.

    Magnetfeltets styrke måles ved det såkaldte dipolmoment, som måles i ampere-kvadratmeter (Am2). En kraftig køleskabsmagnet har et dipolmoment på ca. 1 Am2. Jordens nuværende dipolmoment er på 8 x 1022 Am2.

Italienske og kinesiske forskere har endda sat en frist på, hvornår vi med sikkerhed ved, om en polvending er på vej. Året er 2034.

Hvis ikke udviklingen i Jordens kerne på det tidspunkt er vendt, vil et kollaps af magnetfeltet være uundgåeligt.

Derfor bør vi allerede nu overveje, hvordan vi beskytter både os selv og vores sårbare teknologi og elforsyning. Vi skulle nødigt dele skæbne med neandertalerne.

Manglende magnetfelt giver kræft og computernedbrud

I de 1000 år, hvor den magnetiske nord- og sydpol skifter plads, er magnetfeltet svækket. Konsekvenserne er ødelagt teknik, dødelige sygdomme og vildfarne dyr.

  • © Shutterstock

    Strålingsskader eksploderer

    Energirige partikler fra rummet giver skader, når de rammer kroppens celler eller vores dna. Problemerne svarer til dem, astronauter møder på fx en tre år lang mission til Mars. Her er sandsynligheden for at blive ramt af dødbringende kræft 3-5 pct.

    • Løsning: Vi skal bære et dosimeter, der registrerer, hvor meget stråling, vi har været udsat for.
  • © Shutterstock

    Dyr farer vild og mister jagtlykken

    Fugle, hvaler og ræve benytter magnetfeltet til at navigere efter på årlige vandringer, eller når de jager. Præcis hvordan dyrene opfanger feltet, er uvist, men informationerne er vigtige.

    • Løsning: Livet har flere gange overlevet polvendinger. Det kan dog være anderledes denne gang, fordi dyr og planter allerede er presset af klimaændringer, rovdrift og begrænsede levesteder.
  • © Shutterstock

    Elektronik brænder af

    Energirige partikler fra rummet kan direkte dræbe sårbar elektronik på grund af overspænding.

    • Løsning: Store dele af vores teknologi skal gentænkes i mere robuste udgaver, fx ved at printe elektroniske kredsløb på strålingsafvisende materiale.
  • © Shutterstock

    Computere regner forkert

    Kosmisk stråling kan udløse kaskader af elektroner i computerchips, som kan ændre en bit fra 0 til 1 eller 1 til 0. Det giver fejl i data, programmer eller processer, så fx selvkørende biler kører galt, eller droner flyver forkert.

    • Løsning: Kritiske systemer kan fx pakkes ind i ekstra strålingsbeskyttelse, ligesom de kan dubleres, så et nyt system er klar til at tage over i tilfælde af nedbrud.
  • © Shutterstock

    Ozonlaget koger bort

    Et svagt magnetfelt vil fremprovokere huller i ozonlaget over fx Europa og Nordamerika, så skadelig ultraviolet uvb-stråling fra Solen kan trænge igennem. Resultatet vil være en voldsom stigning i hudkræft og øjensygdomme som grå stær.

    • Løsning: Vi får et uv-klima som i Sydeuropa. Solcreme og solbriller er påkrævede det meste af året.
  • © Shutterstock

    Partikler forstyrrer sanserne

    Rammer kosmiske partikler nervebanerne i hjernen, opstår elektriske impulser, som fører til falske syns- og sanseoplevelser. Fænomenet blev første gang beskrevet af astronauter i 1960’erne og 70’erne. Med et svagt magnetfelt vil vi alle opleve falske sanseoplevelser, som er stærkt distraherende og muligvis livstruende.

    Løsning: Ingen.

Læs også:

Naturlove

200 år siden: Dansk fysiker opdagede ny naturkraft

1 minut
Naturlove

Temperatur ændrer stoffers form

3 minutter
bevægelse
Naturlove

Newton sender raketten i kredsløb

3 minutter

Log ind

Ugyldig e-mailadresse
Adgangskode er påkrævet
Vis Skjul

Allerede abonnement? Har du allerede et abonnement på magasinet? Klik hér

Ny bruger? Få adgang nu!

Nulstil adgangskode

Indtast din email-adresse for at modtage en email med anvisninger til, hvordan du nulstiller din adgangskode.
Ugyldig e-mailadresse

Tjek din email

Vi har sendt en email til med instruktioner om, hvordan du nulstiller din adgangskode. Hvis du ikke modtager emailen, bør du tjekke dit spamfilter.

Angiv ny adgangskode.

Du skal nu angive din nye adgangskode. Adgangskoden skal være på minimum 6 tegn. Når du har oprettet din adgangskode, vil du blive bedt om at logge ind.

Adgangskode er påkrævet
Vis Skjul