Jordens magnetfelt får kosmisk stråling

Forskere har jagtet polvandring siden 1831: Nordpolen spurter mod syd

I årtusinder har den magnetiske nordpol skvulpet rundt i samme område, men nu har den sat af mod syd med rekordfart. Det kan forvarsle en polvending, der kan sprede sygdom og få katastrofale følger.

I årtusinder har den magnetiske nordpol skvulpet rundt i samme område, men nu har den sat af mod syd med rekordfart. Det kan forvarsle en polvending, der kan sprede sygdom og få katastrofale følger.

Shutterstock

Læger på hospitaler opererer i mørke og uden maskiner, mens patienter dør rundt om dem. Køleskabe overalt går i stå, trafiklys går ud, og tog holder stille. Kaos handicapper infrastrukturen i byerne og giver fejl på elnettet.

Scenariet har ikke fundet sted, men kan blive konsekvensen, hvis Jordens omkransende magnetfelt bliver sat ud af spillet.

Nu har britiske og danske forskere analyseret tre årtiers satellitobservationer for at opklare, om polerne er ved at bytte plads, en såkaldt polvending.

Frem til 1990 var hastigheden moderat på op til 15 kilometer om året, men mellem 1990 og 2005 er nordpolen hastet mod Sibirien med en fart på 50-60 kilometer om året, og kursen er fortsat. Polvandringen har allerede svækket klodens magnetskjold med ti procent.

Mellem 1990 og 2005 er nordpolen spurtet mod Sibirien med en fart på 50-60 kilometer om året.

Fortsætter den udvikling, så polerne bytter plads, vil Jordens magnetfelt blive sat ud af kraft. Dermed vil vores elnet og moderne teknologi bryde sammen, og antallet af patienter med modermærkekræft vil stige med tusindvis på grund af den stråling, som nu får uhindret adgang til Jorden.

Floderne danser i jernkernen

Jordens magnetfelt danner et stort skjold, der beskytter planeten mod kosmisk stråling og farligt uv-lys og er holdt på plads af en magnetisk syd- og nordpol. Forklaringen findes i Jordens indre.

Tre tusind kilometer under jordoverfladen bliver Jordens magnetfelt dannet i klodens flydende, ydre jernkerne, som omkranser den faste, indre kerne. Her er jernet i fast form på grund af det enorme tryk.

Den 6000 grader varme, indre kerne sender glohede strømme af flydende jern op gennem den ydre kerne. Strømmene bliver afkølet, når de nærmer sig laget over den flydende kerne, kaldet kappen. Derfor bliver jernet tungere og synker ned igen. Jordens rotation sørger også for, at jernmasserne konstant bliver omrørt i hvirvelstrømme.

Elektrisk ledende materialer i bevægelse udløser elektriske strømme, hvilket også er tilfældet for jernfloderne i den ydre kerne, som skaber Jordens magnetfelt.

© 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.

Magnetfeltet svarer til, hvis en stangmagnet var hamret tværs igennem kloden. Som på en stangmagnet skaber jernfloderne en magnetisk nord- og sydpol, som udbreder feltlinjer, der virker som et skjold. Feltlinjerne ville fra rummet ligne to store halvkugler, der omkranser Jorden.

Magnetskjoldet er stærkest omkring ækvator og svagest ved polerne, hvor elektrisk ladede partikler fra solvinden og kosmisk stråling trænger ned i atmosfæren og udløser polarlys.

Men i perioder sender den turbulente omrøring af de flydende jernfloder i den ydre kerne polerne på vandring, og det kan få den magnetiske nordpol og sydpol til at bytte plads.

Kollaps kan smadre elnet

I de seneste 83 millioner år har Jorden oplevet i alt 183 fulde polvendinger. Den sidste fandt sted for 786.000 år siden. Hvad der før var nordpolen, blev til sydpolen og omvendt.

Dengang overlevede vores forfædre polvandringen. Men i dag vil vores højteknologiske samfund være sårbart, fordi den øgede kosmiske stråling gennem det svækkede magnetskjold kan slukke for elnettet, tilte satellitter, vanskeliggøre flytrafik og smadre vores globale elektroniske kommunikation.

Nordpol spurter mod syd
© Shutterstock

Nordpolens spurt kan varsle en polvending

Siden 1990 har den magnetiske nordpol spurtet mod sydøst med rekordhastighed, og ny forskning viser, at voksende magnetfelter under Sibirien trækker i polen. Polens sprint kan være et forvarsel om en polvending.

Nedbrud af vores elektronik er dog langtfra den eneste fare ved en polvending. Risikoen for at udvikle kræft vil stige markant uden et magnetfelt, da vi så vil være næsten lige så udsatte for kosmisk stråling, som astronauter er i dag uden for Jordens beskyttende magnetfelt.

Ved en fuld polvending forbliver de magnetiske poler på deres nye position i gennemsnitligt 200.000-300.000 år. Det har geologer afsløret ved at måle den magnetiske orientering i vulkanske bjergarter, som fastfryser øjebliksbilleder gennem tiden for, hvordan klodens magnetfelt har taget sig ud i den periode, hvor lavaen vælter op fra undergrunden.

Når det sker, er det ikke blot magnetfeltet i den ydre, flydende jernkerne, som vender, men også feltet i den faste, indre kerne. Derfor fastlåses polerne i deres nye position, og magnetfeltet genvinder sin styrke. Problemet opstår ikke, når polerne har byttet plads, men snarere mens de er på vej til det.

Den seneste midlertidige polvending varede omkring 1500 år, mens en fuld polvending typisk tager 7000 år. Det er en evighed set fra et menneskeligt perspektiv.

Selv mindre forstyrrelser af magnetfeltet, som kun minder om de indledende trin til en polvending, kan få katastrofale konsekvenser.

Her ændres magnetfeltet kun i den ydre kerne, hvilket sender polerne på vandring mod ækvator i en kaotisk dans, hvor der på samme tid kan være flere små nordpoler og sydpoler. Konsekvensen er, at feltstyrken og dermed beskyttelsen mod stråling fra rummet falder til under en tiendedel af den normale styrke.

I nogle tilfælde kan de magnetiske poler endda bytte plads gennem en kort periode, inden det uændrede felt i Jordens faste, indre kerne genopretter balancen og vipper polerne tilbage til udgangspositionen. Præcis som det skete ved en midlertidig polvending for ca. 42.400 år siden.

Kauritræ gav detaljeret indblik

På det tidspunkt spirede et af New Zealands majestætiske kauritræer på landets nordø. I løbet af 1700 år voksede træet til en højde på 30-40 meter. Herefter væltede træet og sank ned i en mose.

Det iltfattige vand bevarede den 60 tons tunge stamme, indtil området for nogle år siden blev udgravet, for at støbe fundamentet til et kraftværk.

Kauri træ

En mose i New Zealand har bevaret et kauritræ, som voksede i 1700 år, mens de magnetiske poler skiftede plads og vendte hjem igen.

© Jonathan Palmer

Analyser af kæmpetræets årringe har givet forskerne det første detaljerede indblik i, hvordan livsvilkårene på Jorden med et slag blev ændret under den seneste midlertidige polvending.

Undersøgelserne understreger, at verden får brug for et varsel i god tid, så vi kan nå at forberede os på en voldsomt øget mængde af kosmisk stråling fra rummet og sundhedsskadelig ultraviolet stråling fra Solen.

Sladrehanken, der fortæller om magnetskjoldets sammenbrud under den midlertidige polvending for 42.400 år siden, er radioaktivt kulstof-14, som dannes i den øvre atmosfære, når luftmolekylerne rammes af elektrisk ladede partikler fra rummet. Når magnetskjoldet svækkes, stiger den atmosfæriske produktion af kulstof-14, der bygges ind i planter som det majestætiske kauritræ.

Gennem otte århundreder, mens de magnetiske poler vandrede mod ækvator i en kaotisk dans, faldt styrken af klodens magnetfelt til seks procent af nutidens feltstyrke.

Magnetskjoldet, som beskytter mennesker, dyr og planter mod partikelstråling fra Solen og det ydre rum, var gennemhullet, og kosmisk stråling væltede ind i atmosfæren. Ozonlaget blev nedbrudt, så store mængder skadelige uv-stråler fra Solen kunne trænge ned til jordoverfladen.

Strålingen var så kraftig, at den tændte polarlys på himlen i subtroperne.

Magnetskjold bombarderes af stråling
© ESA/Shutterstock

Polvending skaber kræft og kaos

En polvending som for 42.400 år siden ville åbne sluserne og lade kosmisk stråling brage ind i atmosfæren, nedbryde ozonlaget og udløse klimaforandringer, men derudover ville elektronisk kommunikation blive hårdt ramt, og vi ville få mange sygdomsudbrud.

Indstrålingen forandrede vindsystemerne. Konsekvensen var, at klimaet ændrede sig, så det blev koldere i Nordamerika, varmere i Europa og Asien og knastørt i Australien, hvor datidens gigantiske pungdyr og kæmpefugle uddøde.

Den ultraviolette stråling kulminerede mellem ækvator og 40 graders sydlig og nordlig bredde – svarende til Europas middelhavskyster. Her steg strålingen med 40 pct. Forskerne har derfor fremsat en teori om, at de forværrede forhold i Afrika tvang det moderne menneske til at vandre til Nordeuropa, nu hvor strålingen var værst ved middelhavskysterne. Ifølge forskerne var det medvirkende til, at vores forfædre udkonkurrerede neandertalerne.

Kunst prydede huler

Risikoen for at blive forbrændt af den stærke ultraviolette stråling under polvandringen kan også have tvunget vores forfædre til at søge ly i huler i langt større omfang end tidligere, hvilket ses af en eksplosion i antallet af hulemalerier i den periode i store dele af verden.

Et af de mest udbredte motiver er håndaftryk af rød okker.

Undersøgelser udført af en international forskergruppe under ledelse af Alan Cooper fra South Australian Museum i Adelaide tyder på, at datidens mennesker brugte okker til at beskytte sig mod at blive forbrændt af det stærke ultraviolette sollys, som også kan fremkalde hudkræft.

Okker anvendes stadig som et alternativ til solcreme i det sydlige Afrika.

Gennem de efterfølgende 500 år, hvor den magnetiske nordpol befandt sig på Antarktis og magnetsydpolen i Arktis, blev magnetskoldet i nogen grad genoprettet for så igen at blive svækket gennem et par tumultariske århundreder, mens polerne vendte tilbage til deres nuværende pladser.

Men nu er polerne igen begyndt at røre på sig, og derfor er Philip Livermore og Matthew Bayliff fra University of Leeds i England og Christopher Finlay fra DTU Space i Danmark ved at undersøge, om vi kan vente os en dans som for 42.400 år siden eller en fuld polvending og det totale ragnarok.

Flugten mod Sibirien

Svaret ligger i jernfloderne 3000 kilometer under jordoverfladen, men desværre kan geofysikerne ikke direkte måle de magnetiske forhold i Jordens indre. Derfor kortlægger de i stedet magnetfeltet ved jordoverfladen med satellitter og regner sig indad.

Forskerne forventer, at den magnetiske nordpols spurt vil fortsætte, så polen bevæger sig yderligere 390-600 kilometer mod sydøst, men de kan ikke udelukke, at bevægelsen pludselig vender inden for nogle årtier.

Hvis nordpolens bevægelser er indledningen til en fuld polvending eller en midlertidig polvending, kan følgerne blive katastrofale.

For 42.400 år siden medførte øget kosmisk stråling under polvandringerne, at atmosfærens ozonlag, som beskytter mennesker, dyr og planter mod skadelig ultraviolet stråling fra Solen, blev nedbrudt og hullet som en si.

Normalt optager ozonlaget højt oppe i atmosfæren betydelige mængder varme fra Solens ultraviolette stråling, men nedbrydningen af ozonlaget skabte voldsomme klimaforandringer.

Nu blev de øvre luftlag afkølet, og det ændrede vindmønstrene over hele kloden.

Vi kan dog også være lige så heldige som dinosaurerne. Under dinosaurernes storhedstid i perioden fra for 124 til for 83 millioner år siden var der ingen polvendinger.

Hvis en ny polvending indtræffer, bliver vi ikke blot nødt til at beskytte os selv, men også vores elektroniske teknologi, som kan blive ødelagt af kosmisk stråling. Skulle det ske, vil alt fra techgiganter til lægehuse være tvunget til at skabe en helt nyt form for beredskab.