Ei nopeaa kääntymistä maapallon magneettikentässä

Kuten on hyvin tunnettua, maapallon magneettikentän suunta kääntyy päinvastaiseksi silloin tällöin. Paleomagneettisilla tutkimuksilla on onnistuttu selvittämään, että suunnan muutos on tapahtunut viimeisen 330 miljoonan vuoden aikana noin 400 kertaa. Tämä tarkoittaa, että kentän suunta vaihtuisi noin 700 000 vuoden välein.

Maan magneettikentä simuloitu malli. Kuva Wikimedia Commons.

Edellisestä suunnan vaihtumisesta, joka tunnetaan Matuyama-Brunhes -tapahtumana, on kulunut aikaa jo 773 000 vuotta. Tästä syystä on syntynyt käsitys, että kentän suunta olisi pitänyt jo kääntyä. Käsitys väärä, sillä tarkasteluna ajanjaksona magneettikentän suunta on pysytellyt nykyisen kaltaisena hyvin eri mittaisia kausia (0,1 – 50 miljoonaan vuotta), joten tarkkaa seuraavan suunnanmuutoksen ajankohtaa ei pystytä ennustamaan. Noin 41 000 vuotta sitten tapahtui Laschamp-tapahtumana tunnettu osittainen polariteetin vaihtuminen mutta se oli epätäydellinen, eikä muuttanut nykyisen kentän suuntaa.

Maapallon magneettikenttä syntyy planeettamme ulkoytimessä, joka on sulassa tilassa olevaa ₃O₄). Tämän sulan aineksen metallipitoisuus on hyvin suuri, joten se johtaa sähkövirtaa erinomaisesti. Dynamoteorian mukaan tällaisessa olosuhteissa oleva johtava materiaali synnyttää itse tarvittavan sähkövirran ja siitä riippuvan magneettikentän.

Maan magneettikentä suunnan muutokset
isossa aikaskaalassa. Mustat alueet ovat
nykyisen magneettikentän suuntaisia.
Kuva Wikimedia Commons.

metallipitoista laavaa (sisältäen rautaoksideja kuten magnetiittia Fe

Kentän suunnan vaihtumisen mekanismin syntyä ei tunneta, mutta se ei varsinaisesti voi olla aiheutunut sulan ytimen pyörimisliikkeessä tapahtuvista muutoksista. Osittaiset polariteettin muutokset voisivat kylläkin selittyä paikallisten pyörteiden synnyttämillä kentillä. Magneettikentän voimakkuuden vaihtelusta ei pystytä tekemään pidemmälle meneviä päätelmiä, sillä kentän voimakkuus näyttää vaihtelevan lähes kaoottisesti (heteroskedastinen heilahtelu), eikä sitäkään pystytä ennustamaan.

Maapallon magneettikentän suuntaa ja voimakkuutta voidaan tutkia esimerkiksi meren pohjaan laskeutuvasta sedimenteistä. Magneettiset mineraalit sedimentoituessaan asettuvat vallitsevan magneettikentän suuntaisesti. Sama tapahtuu tulivuoresta valuvalle laavalle sen jähmettyessä. Näin erilaisiin kerrostumiin eri aikoina jää näytteitä magneettikentän suunnasta. Meressä tapahtuva sedimentaatio on jatkuvaa mutta sen tarkkuus ei ole kovinkaan hyvä monista tarkkuutta heikentävistä prosesseista johtuen. Tulivuorten jähmettynyt laavakivi antaa tarkempia tuloksia, mutta koska purkaukset eivät ole jatkuvia, näytteitä saadaan vain pisteittäin niin paikassa kuin ajassakin. Yhdistämällä nämä tiedot, saadaan kuitenkin varsin luetettava kuva tapahtumista pitkien aikojen kuluessa.

Magneettikentän suunnan muuttuminen on vielä kokonaisuutenaan hyvin epäselvä. Magneettikentän voimakkuus heikkenee ennen suunnanmuuttumista. Sen jälkeen kenttään alkaa syntyä vallitsevan kentän suunnan vastaisia paikallisia napoja muutoksen edetessä. Magneettikenttä on hyvin kaoottisessa tilassa, kunnes se alkaa vähetä ja vastakkainen kentän suunta vahvistua. Aikaa tähän kehitykseen kuluu vallitsevan käsityksen mukaan noin 1 000 – 8 000 vuotta.

Tuoreen tutkimuksen ^[1] mukaan edellä kuvattu prosessi on ollut viimeisen suunnanvaihdon yhteydessä pidempi kuin mitä aikaisemmin on ajateltu. Ennen varsinaista suunnan vaihtumista epävakaa tilanne on ollut noin 18 000 vuotta pitkä ja itse suunnan vaihtuminen on ottanut aikaa noin 4 000 vuotta. Matuyama-Brunhes -tapahtuma alkoi tutkimuksen mukaan noin 780 000 vuotta sitten

Magneettikentän suunnan muuttumisella olisi nyky-yhteiskunnalle merkittäviä seurauksia, jos se tapahtuisi nopeasti ns. ”yön yli”. Nopeasta muutoksesta voisi olla seurauksena mm. GPS-järjestelmän sekoaminen ja sitä seuraisi täydellinen kaaos. Kun kentän suunnan muutos on hyvin hidas prosessi, tästä syystä syntyvästä yhteiskunnallisesta kaaoksesta ei ole pelkoa ja muihinkin ongelmiin pystytään löytämään sopivat tekniset ratkaisut.

Huomautus

[1]     Brad S. Singer1, Brian R. Jicha, Nobutatsu Mochizuki and Robert S. Coe: Synchronizing volcanic, sedimentary, and ice core records of Earth’s last magnetic polarity reversal. Science Advances  07 Aug 2019: Vol. 5, no. 8, eaaw4621, DOI: 10.1126/sciadv.aaw4621, https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaaw4621.