Jordens magnetfält utsätts för kosmisk strålning

Forskarna har letat efter polvandringar sedan år 1831: magnetiska nordpolen flyttas söderut

I tusentals år har magnetiska nordpolen befunnit sig på ungefär samma plats, men nu rör den sig söderut i rekordfart. Det kan vara ett förebud om en polomkastning, som kan orsaka cancer och få katastrofala följder.

I tusentals år har magnetiska nordpolen befunnit sig på ungefär samma plats, men nu rör den sig söderut i rekordfart. Det kan vara ett förebud om en polomkastning, som kan orsaka cancer och få katastrofala följder.

Shutterstock

Läkare på sjukhus opererar i mörker och utan maskiner medan patienterna dör. Alla kylskåp slutar fungera, trafikljusen slocknar och tågen stannar. Kaos drabbar städernas infrastruktur och elnätet slås ut.

Det här scenariot har ännu inte inträffat, men det riskerar att bli verklighet om jordens magnetfält sätts ur spel.

Brittiska och danska forskare har analyserat tre årtiondens satellitobservationer för att komma fram till om polerna håller på att byta plats i en så kallad polomkastning.

Fram till år 1990 var hastigheten relativt låg, upp till 15 kilometer om året, men mellan åren 1990 och 2005 har magnetiska nordpolen rört sig i riktning mot Sibirien i en hastighet av 50–60 kilometer om året – och den har hållit sin kurs. Polvandringen har redan gjort planetens magnetsköld tio procent svagare.

Mellan åren 1990 och 2005 har magnetiska nordpolen rört sig mot Sibirien i en hastighet av 50–60 kilometer om året.

Om den här utvecklingen fortsätter och polerna byter plats kommer jordens magnetfält att sättas ur spel. Då kommer elnätet och vår moderna teknik att slås ut och antalet patienter med hudcancer att öka kraftigt, detta till följd av den strålning som får obehindrad tillgång till jorden.

Flodsystem i järnkärnan

Jordens magnetfält bildar en jättelik sköld som skyddar planeten mot kosmisk strålning och farlig ultraviolett strålning. Magnetfältet hålls på plats av en magnetisk syd- och nordpol. Förklaringen till detta återfinns i jordens inre.

Tretusen kilometer under marken bildas jordens magnetfält i planetens flytande, yttre järnkärna, som omger den fasta, inre kärnan. Där inne gör det enorma trycket att järnet har fast form.

Den 6 000 grader varma inre kärnan för upp glödheta strömmar av flytande järn genom den yttre kärnan. Strömmarna svalnar när de närmar sig lagret ovanför den flytande kärnan, den så kallade manteln. Då blir järnet tyngre och sjunker igen. Jordens rotation gör att järnmassorna ständigt virvlar runt.

Elektriskt ledande material i rörelse ger upphov till elektriska strömmar. Det gäller även järnfloderna i den yttre kärnan, som skapar jordens magnetfält.

© Claus Lunau

Jorden skyddas av flytande järn

Jordens magnetfält uppstår i den yttre, flytande delen av planetens kärna. Där skapar rörelser i den flytande metallen elektriska strömmar, som skapar magnetfältet. Utan magnetfältet skulle vår planet vara försvarslös mot skadliga rymdpartiklar.

Magnetfältet motsvarar att en stavmagnet slagits rakt igenom planeten. I likhet med en stavmagnet ger järnfloderna upphov till en magnetisk nord- och sydpol, som skapar fältlinjer, vilka fungerar som en sköld. Från rymden skulle fältlinjerna se ut som två stora halvklot som omger jorden.

Magnetskölden är starkast vid ekvatorn och svagast vid polerna, där elektriskt laddade partiklar från solvinden och kosmisk strålning tränger ner i atmosfären och ger upphov till polarsken.

I perioder får emellertid den turbulenta omrörningen av de flytande järnfloderna i den yttre kärnan polerna att vandra, vilket kan få magnetiska nordpolen och sydpolen att byta plats.

Elnätet riskerar att förstöras

Under de senaste 83 miljoner åren har jorden upplevt 183 fullständiga polomkastningar. Den senaste av dessa inträffade för 786 000 år sedan. Det som tidigare var magnetiska nordpolen blev då magnetiska sydpolen och tvärtom.

Våra förfäder överlevde polvandringen, men dagens högteknologiska samhälle är sårbart, eftersom den ökade kosmiska strålningen genom den försvagade magnetskölden riskerar att slå ut elnätet, flytta satelliter ur sin bana, försvåra för flygtrafiken och omöjliggöra vår globala elektroniska kommunikation.

Nordpolen rusar söderut
© Shutterstock

Nordpolens snabba förflyttning kan förebåda en polomkastning

Sedan år 1990 har magnetiska nordpolen rört sig i rekordfart mot sydost och ny forskning visar att växande magnetfält under Sibirien drar i magnetiska nordpolen. Den snabba rörelsen kan vara ett förebud om en polomkastning.

Förstörd elektronik är dock långt ifrån den enda risken med en polomkastning. Utan ett magnetfält kommer risken att utveckla cancer att öka markant, eftersom vi då är nästan lika utsatta för kosmisk strålning som astronauter är när de befinner sig utanför jordens skyddande magnetfält.

Vid en fullständig polomkastning stannar de magnetiska polerna i genomsnitt kvar på sin nya position i 200 000–300 000 år. Det har geologer kommit fram till genom att mäta den magnetiska orienteringen i vulkaniska bergarter, som ger oss ögonblicksbilder av hur planetens magnetfält såg ut under den period då lavan vällde upp ur marken.

När det sker är det inte bara magnetfältet i den yttre, flytande järnkärnan som vänds, utan även fältet i den fasta inre kärnan. Därför låses polerna fast i sitt nya läge, varefter magnetfältet återfår sin styrka. Detta problem uppstår inte när polerna har bytt plats, utan snarare under tiden då de är på väg att göra det.

Den senaste tillfälliga polomkastningen varade i omkring 1 500 år, medan en fullständig polomkastning normalt är 7 000 år lång, en evighet sett ur mänskligt perspektiv.

Även mindre störningar av magnetfältet, som bara påminner om de inledande stegen till en polomkastning, kan få katastrofala följder.

Då förändras magnetfältet bara i den yttre kärnan, vilket får polerna att vandra mot ekvatorn i en kaotisk dans, under vilken det kan finnas flera små magnetiska nord- och sydpoler samtidigt. Konsekvensen av det är att fältstyrkan och därmed skyddet mot strålningen från rymden minskar till under en tiondel av den normala.

I vissa fall kan de magnetiska polerna till och med byta plats under en kort period innan det oförändrade fältet i jordens fasta inre kärna återupprättar balansen och för tillbaka polerna till utgångsläget. Just det hände vid en tillfällig polomkastning för cirka 42 400 år sedan.

Kauriträ gav detaljerad inblick

På den tiden grodde ett av Nya Zeelands majestätiska kauriträd på Nordön. Under 1 700 år växte trädet till 30–40 meters höjd. Därefter välte det och sjönk ner i en mosse.

Det syrefattiga vattnet i mossen bevarade den 60 ton tunga stammen, tills området för några år sedan grävdes ut för att man skulle gjuta fundamentet till ett kraftverk.

Kauriträd

En mosse i Nya Zeeland har bevarat ett kauriträd som växte i 1 700 år medan de magnetiska polerna bytte plats för att därefter återgå till sitt ursprungsläge.

© Jonathan Palmer

Analyser av det enorma trädets årsringar har gett forskarna den första detaljerade inblicken i hur livsvillkoren på jorden förändrades i ett slag under den senaste tillfälliga polomkastningen.

Studierna visar att världen kommer att behöva förvarnas i god tid, så att vi hinner förbereda oss på en kraftigt ökad mängd kosmisk strålning från rymden och skadlig ultraviolett strålning från solen.

Det ämne som ger oss information om magnetsköldens kollaps under den tillfälliga polomkastningen för 42 400 år sedan är radioaktivt kol-14, som bildas i den övre atmosfären när luftmolekyler träffas av elektriskt laddade partiklar från rymden. När magnetskölden försvagas ökar den atmosfäriska produktionen av kol-14, som byggs in i växter som det majestätiska kauriträdet.

Under åtta århundraden, medan de magnetiska polerna i en kaotisk dans rörde sig mot ekvatorn, minskade styrkan i planetens magnetfält till sex procent av dagens fältstyrka.

Magnetskölden, som skyddar människor, djur och växter mot partikelstrålning från solen och yttre rymden, var full av hål och släppte in kosmisk strålning i atmosfären. Ozonlagret bröts ner, så att stora mängder skadlig ultraviolett strålning från solen kunde tränga ner till marken.

Strålningen var så stark att den gav upphov till polarsken på himlen i subtropiska områden.

Magnetsköld bombarderas av strålning
© ESA/Shutterstock

Cancer och kaos i polomkastningens spår

En polomkastning som den för 42 400 år sedan skulle öppna slussarna och låta kosmisk strålning välla in i atmosfären, bryta ner ozonlagret och orsaka klimatförändringar. Dessutom skulle vår elektroniska kommunikation drabbas hårt och vi skulle få betydligt fler sjukdomsfall.

Instrålningen förändrade vindsystemen. Det gjorde att klimatet förändrades, så att det blev kallare i Nordamerika, varmare i Europa och Asien och snustorrt i Australien, där den tidens gigantiska pungdjur och jättefåglar dog ut.

Den ultravioletta strålningen kulminerade mellan ekvatorn och 40 graders sydlig och nordlig bredd, motsvarande Europas Medelhavskuster, där strålningen ökade med 40 procent. Forskarna har därför lagt fram en teori om att de försämrade förhållandena i Afrika tvingade den moderna människan att vandra till Nordeuropa, eftersom strålningen var som starkast längs Medelhavskusterna. Enligt forskarna bidrog det till att våra förfäder konkurrerade ut neandertalarna.

Konst smyckade grottor

Risken att bränna sig av den starka ultravioletta strålningen under polvandringen kan också ha tvingat våra förfäder att söka skydd i grottor i betydligt högre grad än tidigare, vilket framgår av den formliga explosion av grottmålningar under denna period i stora delar av världen.

Ett av de vanligaste motiven är handavtryck i röd ockra.

Studier gjorda av en internationell forskargrupp, ledd av Alan Cooper vid South Australian Museum i Adelaide, tyder på att den tidens människor använde ockra för att skydda sig mot det starka ultravioletta solljuset, som kan orsaka hudcancer.

I södra Afrika används ockra än i dag som ett alternativ till solkräm.

Under de följande 500 åren, då magnetiska nordpolen befann sig på Antarktis och magnetiska sydpolen i Arktis, återupprättades magnetskölden till viss del för att sedan åter försvagas under ett par tumultartade århundraden, medan polerna återgick till sina nuvarande platser.

Nu har polerna börjat röra på sig igen. Därför undersöker Philip Livermore och Matthew Bayliff vid engelska University of Leeds och Christopher Finlay på danska DTU Space om vi kan vänta oss en dans som för 42 400 år sedan eller en fullständig polomkastning och därmed ragnarök.

Flykten mot Sibirien

Svaret ligger i järnfloderna 3 000 kilometer under marken, men tyvärr kan geofysikerna inte göra några direkta mätningar av de magnetiska förhållandena i jordens inre. Därför kartlägger de i stället magnetfältet vid markytan med hjälp av satelliter och räknar sig inåt.

Forskarna tror att den magnetiska nordpolens spurt kommer att fortsätta och att polen kommer att röra sig ytterligare 390–600 kilometer i sydostlig riktning, men de kan inte utesluta att rörelsen inom loppet av några årtionden plötsligt vänder.

Om nordpolens rörelser är inledningen till en fullständig eller en tillfällig polomkastning kan det få katastrofala följder.

För 42 400 år sedan medförde ökad kosmisk strålning under polvandringarna att atmosfärens ozonlager, som skyddar människor, djur och växter mot skadlig ultraviolett strålning från solen, bröts ner och läckte som ett såll.

Normalt absorberar ozonlagret högt upp i atmosfären mycket av värmen från solens ultravioletta strålning, men nedbrytningen av ozonlagret ledde till kraftiga klimatförändringar.

Nu kyldes de övre luftlagren ner, vilket förändrade vindmönstren över hela planeten.

Men kanske har vi samma tur som dinosaurierna. Under deras storhetstid, en period som sträcker sig från 124 till 83 miljoner år sedan, inträffade inga polomkastningar alls.

Om en ny polomkastning skulle inträffa blir vi inte bara tvungna att skydda oss själva, utan även vår elektroniska utrustning, som riskerar att förstöras av den kosmiska strålningen. Om det skulle ske kommer allt från techjättar till vårdcentraler tvingas skaffa sig en helt annan nivå av beredskap.