Het zich uitstrekken van de aarde als onzichtbare spaghetti is het magnetische veld van de planeet. Dit veld, gecreëerd door het karnen van de aardkern, is belangrijk voor het dagelijks leven: het beschermt de planeet tegen zonnedeeltjes, het biedt een basis voor navigatie en het heeft mogelijk een belangrijke rol gespeeld in de evolutie van het leven op aarde.
Maar wat zou er gebeuren als het aardmagnetisch veld morgen zou verdwijnen? Een groter aantal geladen zonnedeeltjes zou de planeet bombarderen, waardoor elektriciteitsnetten en satellieten op de fritz zouden worden gezet en de menselijke blootstelling aan hogere niveaus van kankerverwekkende ultraviolette straling zou toenemen. Met andere woorden, een ontbrekend magnetisch veld zou gevolgen hebben die problematisch maar niet noodzakelijk apocalyptisch zouden zijn, althans op korte termijn.
En dat is goed nieuws, want het verzwakt al meer dan een eeuw. Zelfs nu zijn er bijzonder dunne plekken, zoals de Zuid-Atlantische anomalie op het zuidelijk halfrond, die technische problemen veroorzaken voor satellieten met een lage baan.
Het eerste dat u moet weten over het magnetische veld is dat het, zelfs als het verzwakt, niet zal verdwijnen - althans niet voor miljarden jaren. De aarde dankt haar magnetisch veld aan de gesmolten buitenste kern, die voornamelijk is gemaakt van ijzer en nikkel. De karnende buitenkern wordt aangedreven door de convectie van warmte die vrijkomt naarmate de binnenkern groeit en stolt, zei John Tarduno, een geofysicus aan de Universiteit van Rochester. (De binnenkern groeit met ongeveer een millimeter per jaar.)
Deze magneetveldmotor, bekend als een dynamo, ploetert al miljarden jaren mee. Wetenschappers denken dat de huidige kernregeling ongeveer 1,5 miljard jaar geleden op zijn plaats is gekomen, volgens onderzoek uit 2015 dat rond die tijd een sprong in de kracht van het magnetische veld vond. Maar Tarduno en zijn team hebben bewijs gevonden voor een magnetisch veld op aarde in de oudste mineralen van de planeet, zirkonen, die 4,2 miljard jaar oud zijn, wat suggereert dat activiteit in de kern al heel lang magnetisme creëert.
Het is niet duidelijk waarom de dynamo is begonnen, vertelde Tarduno aan WordsSideKick.com, hoewel het mogelijk is dat de enorme planetaire impact die de maan creëerde de belangrijkste drijfveer was. Deze impact, die misschien 100 miljoen jaar na de samenkomst van de aarde plaatsvond, had elke gelaagdheid of gelaagdheid van materialen in de kern van de aarde kunnen opschudden: stel je voor dat je een fles olie en water schudt op planetaire schaal. Deze verstoring had de convectie kunnen bevorderen die vandaag de dag nog steeds de dynamo van de aarde aandrijft.
Uiteindelijk zal de binnenkern waarschijnlijk groot genoeg worden om de convectie in de buitenkern niet meer efficiënt te maken en zal het magnetische veld falen. Maar dat scenario is zo ver weg dat het niet de moeite waard is om veel te slapen.
'We hebben miljarden jaren', zei Tarduno.
Verzwakkend magnetisch veld
Veel relevanter voor het leven van mensen is dat het magnetische veld verzwakt. Wetenschappers meten deze verzwakking de afgelopen 160 jaar rechtstreeks met magnetische observatoria en satellieten. Of het veld eerder aan het wankelen was, is wat duisterder, en wat het daarna gaat doen. Het magnetische veld is momenteel voor ongeveer 80% dipolair, zei Tarduno. Dat betekent dat het meestal werkt als een staafmagneet. Als je ijzervijlsel over de planeet zou kunnen plaatsen (en de invloed van de zon zou wegnemen, die een constante stroom van geladen deeltjes, de zonnewind richting de aarde spuwt, het magnetische veld rond blaast als lang haar in een briesje), het resulterende magnetische veld lijnen zouden een duidelijk noorden en zuiden laten zien. Maar 20% van het veld is niet-dipolair, wat betekent dat het ingewikkelder is; er zijn lokale variaties.
In het verleden is het magnetische veld omgedraaid, waardoor Noord en Zuid zijn verwisseld. De laatste van deze omkeringen gebeurde 780.000 jaar geleden, rond het tijdperk van homo erectus. Een verzwakking van het veld is doorgaans aan deze flips voorafgegaan, waardoor vragen rijzen of een nieuwe flip-flop op handen is. Maar het veld verzwakt soms ook en wordt dan weer sterker zonder te flippen, een fenomeen dat excursie wordt genoemd.
Tarduno en zijn team hebben ontdekt dat een rare wervelstorm in de kern onder Zuid-Afrika mogelijk bijdraagt aan een deel van deze zwakte. Deze wervel lijkt de Zuid-Atlantische anomalie te veroorzaken, een bekende zwakke plek in het veld die zich uitstrekt van ongeveer 300 kilometer ten oosten van Brazilië over een groot deel van Zuid-Amerika. In dit gebied dalen geladen deeltjes van de zonnewind dichter bij de aarde dan normaal. De Zuid-Atlantische anomalie is niet bijzonder zichtbaar op de grond. Maar satellieten in een baan om de aarde komen daar meer schadelijke zonnedeeltjes tegen, en astronauten die door de regio op het internationale ruimtestation zijn gereisd, hebben gemeld dat visuele fenomenen van vallende sterren worden veroorzaakt door relatief hoge stralingsniveaus op het niveau van een lage baan om de aarde daar .
Een veldvrije aarde
Tarduno en zijn team vermoeden dat de variatie in de mantel onder Zuid-Afrika in het verleden mogelijk het triggerpunt was voor magnetische veldomkeringen. Het goede nieuws is dat, zelfs als het veld verzwakt of zich klaarmaakt om te keren, het niet zal verdwijnen; er is geen bewijs dat het magnetische veld tijdens een omkering ooit volledig is verdwenen.
Zelfs als het veld omkeert, 'zullen we nog steeds een magnetisch veld hebben; het wordt gewoon een heel zwak magnetisch veld', zei Tarduno.
Hoe zou deze wereld met een minimaal magnetisch veld eruit zien? Nou, je kompas zou niet werken. 'Het wijst gewoon naar het hoogste magnetische veld,' zei Tarduno. 'Het kan heel dicht bij je zijn; het kan heel ver weg zijn.'
Het noorder- en zuidlicht zouden vanaf lagere breedtegraden zichtbaar zijn, omdat deze kleurrijke shows het resultaat zijn van de interactie tussen geladen deeltjes die door de zon in de zonnewind en de magnetosfeer van de aarde worden geslingerd. Momenteel verschijnen deze aurora's in de buurt van de polen, langs de grotendeels noord-zuid magnetische veldlijnen van de aarde, maar een zwakker veld zou ervoor zorgen dat de deeltjes de atmosfeer van de aarde kunnen binnendringen en de lucht dichter bij de evenaar verlichten.
De omstandigheden in de Zuid-Atlantische anomalie voor satellieten kunnen over de hele wereld gemeengoed worden, wat technische storingen zou veroorzaken. Zonnedeeltjes kunnen elektronica pingen, waardoor stukjes geheugen worden verstoord in zogenaamde single-event-verstoringen of SEU's. Wanneer zonnedeeltjes interageren met de geladen laag van de atmosfeer van de aarde, de ionosfeer genaamd, slaan ze ook elektronen vrij van hun moleculaire banen. Deze vrije elektronen verstoren vervolgens de transmissie van de hoogfrequente radiogolven die voor communicatie worden gebruikt.
Interacties tussen de zonnewind en de atmosfeer van de aarde kunnen na verloop van tijd ook de ozonlaag afbreken, zei Tarduno, wat de collectieve blootstelling van de mensheid aan ultraviolette straling zou verhogen en het risico op huidkanker zou verhogen.
"Hoewel het voor het leven waarschijnlijk niet volkomen catastrofaal zou zijn, zou er een veel hogere stralingsdosis op de grond zijn zonder een magnetisch veld", zegt Martin Archer, een plasmafysicus aan de Queen Mary University in Londen.
Er zijn weinig aanwijzingen dat variaties in het magnetische veld in het verleden het leven op aarde hebben beïnvloed. Toch heeft het magnetische veld ongetwijfeld het aardoppervlak gevormd, waardoor de kwetsbare atmosfeer van de planeet niet in de ruimte kan worden geblazen door de meedogenloze kracht van de zonnewind, vertelde Archer aan WordsSideKick.com.
Een magnetisch veld is niet cruciaal voor het hebben van een atmosfeer - Venus heeft geen magnetisch veld en heeft een massieve, zo niet gastvrije atmosfeer - maar het werkt zeker als een extra beschermende laag. De atmosfeer van Mars, dat vroeger een magnetisch veld had maar het ongeveer 4 miljard jaar geleden verloor, is bijna volledig weggevaagd. En als er een manier was om de maan een aardachtige atmosfeer te geven, zou de zonnewind het in slechts een eeuw tot niets doen, zei Archer.
