Přepólování se blíží. Změna magnetického pole Země může pro život znamenat katastrofu
Směřování kompasové střelky k severnímu pólu vypadá jako jedna z mála jistot tohoto světa – ale není. Magnetické pole Země čas od času vymizí a poté se jeho polarita dokonce prohodí. Za dobu existence člověka se to ještě nestalo, ale podle některých vědců existují náznaky, že se k tomu schyluje. Následky mohou být nedozírné, protože zemské magnetické pole chrání povrch naší planety před kosmickým zářením.
Magnetické póly Země nemají stálou polohu, ale průběžně se pohybují, říká Alan Buis z Jet Propulsion Laboratory, jež patří pod americký Národní úřad pro letectví a vesmír (NASA). Navzájem se vymění přibližně jednou za 300 000 let. Může to mít následky pro tvory, kteří se orientují podle zemského magnetického pole.
A nejen pro ně. Radioastronom a popularizátor vědy Marcus Chown upozorňuje, že magnetické pole Země chrání povrch planety před kosmickým zářením. Protože během přepólování na nějaký čas vymizí a trvá to delší dobu (možná i celá staletí nebo tisíciletí), než se tento ochranný štít zase obnoví. Částicím slunečního větru i těch ze vzdálených oblastí Galaxie pak už nic nebrání, aby dopadaly na zemský povrch a způsobovaly mutace v živých buňkách.
„Dříve se magnetické póly pohybovaly rychlostí přibližně 15 kilometrů za rok, ale od 90. let minulého století se jejich pohyb zrychlil,“ konstatuje Marcus Chown. „Nyní se severní magnetický pól pohybuje rychlostí 55 kilometrů směrem k Sibiři. Je to zatím jen spekulace, ale mohlo by to znamenat, že přepólování se blíží.“
Nasvědčují tomu i další indicie. Dřív se polarita zemského magnetického pole měnila v průměru jednou za 300 000 let. Od poslední takové události však uplynulo už přibližně 700 000 let. Jev má tedy několik set tisíc let zpoždění.
Špatnou zprávou a předzvěstí změny polarity může být také současné oslabování zemského pole. Za poslední dvě století jeho intenzita poklesla o 15 procent.
Ne všichni s tím souhlasí. „Někdy období mezi přepólováním trvá deset tisíc let,“ říká Gary Glatzmaier, vědec z Národní laboratoře v Los Alamos. „Jindy však dochází k změně severního magnetického pólu na jižní až třeba po několika desítkách miliónů let.“ Také publikace Přehled astronomie od Oldřicha Hlada a Jaroslava Pavlouska uvádí, že období s dnešní i s opačnou polaritou byla různě dlouhá a zdá se, že se střídala nepravidelně.
V každém případě by to mělo velký dopad. Nejen vědci se proto čím dál častěji ptají, proč ke změně polarizace magnetického pole dochází, co ovlivňuje délku období mezi nimi a co pro nás může jeho dočasné vymizení znamenat. Nedá se přitom vyloučit, že by to nebylo nic hezkého.
Země jako dynamo
Když roku 1831 James Ross objevil severní magnetický pól, museli se cestovatelé a námořníci smířit s myšlenkou, že se nekryje s pólem zeměpisným. Ještě větší překvapení přišlo roku 1904, když Roald Amundsen zjistil, že od Rossových časů pól odcestoval přibližně 50 kilometrů. Během 20. století se pak pohyboval rychlostí 10 kilometrů ročně, ale na přelomu tisíciletí už to bylo 40 kilometrů za rok.
Proč?
Mechanismus toho, jak magnetické pole Země chrání její povrch před kosmickým zářením, je celkem jednoduchý. Naše planeta funguje jako obrovský magnet, jehož jeden magnetický pól je v oblasti severního a druhý v oblasti jižního geografického pólu. Zemi tak obklopují magnetické siločáry, které odklánějí protony a elektrony proudící z vesmíru. Za normálních okolností se dostanou blíž k povrchu v polárních oblastech, kde svým působením na ionty zředěných plynů ve vysoké atmosféře vyvolávají polární záři. Důležité je, že my díky tomu můžeme být v klidu, protože kosmické záření způsobující mutace buněk (včetně rakoviny) na nás moc nemůže.
Pro zjištění, proč, jak a kdy dochází k přepólování zemského magnetického pole, by bylo potřeba vědět, proč je Země magnet – ale tady už si vědci tak úplně jistí nejsou. Obecně se má za to, že důvod je v zemském jádře složeném převážně ze železa a niklu. Poprvé tuto hypotézu navrhl irský fyzik Joseph Larmor už roku 1919, ale trvalo dvacet let, než byla přijata, a později se vědci snažili ji rozpracovat detailněji. Podle dnešních představ (velmi zjednodušeně řečeno) to funguje přibližně následujícím způsobem: vnější vrstva jádra je tekutá a proudí kolem vnitřní pevné části, protože Země rotuje. To generuje elektřinu a magnetické pole.
Naše planeta je něco na způsob gigantického dynama – jenže dokud se dynamo točí, pracuje pořád stejně, zatímco Země ne. Nevíme tedy, proč se zemský magnet čas od času přepóluje. Jisté je jen to, že procesy v jádře generující magnetické pole jsou ve skutečnosti složitější. O důvodech změny polarity existují jen neprokázané hypotézy. Jedna z nich například říká, že čas od času se v rotující vrstvě roztaveného kovu vytvoří víry, které způsobují nestabilitu pole. A pokud jsou dost velké, mohou obrátit směr proudění, a tím i magnetickou polaritu Země.
Některé z těchto záhad by mohla pomoci objasnit trojice satelitů Swarm Evropské kosmické agentury (ESA). Odstartovaly v listopadu 2013 a jsou vybavené komplexem přístrojů pro měření charakteristik zemského magnetického pole. Na jejich vývoji a výrobě se podíleli i čeští vědci.
Náš ochránce Měsíc
Víc by nám mohlo prozradit srovnání s ostatními planetami podobnými Zemi. Nebude nejspíš náhoda, že náš svět se v tomto ohledu od ostatních velmi liší – Země je jediná, která se může pochlubit ochranným magnetickým pláštěm. Mars sice kdysi silné magnetické pole podobné zemskému také měl, ale časem o ně přišel. Údaje z kosmických sond naznačují, že existovalo okolo jedné miliardy let a pravděpodobně se také proměňovalo a střídalo polaritu, stejně jako je tomu dodnes na Zemi. Za jeho definitivním vymizením možná stojí skutečnost, že jádro malé planety chladlo a tuhlo rychleji. Dynamo se zastavilo a tamní původně obyvatelný svět se proměnil v ledovou bezvodou pustinu.
Silné magnetické pole nemá ani Venuše – navzdory tomu, že stejně jako Země vlastní žhavé a tekuté železoniklové jádro. Jenže planeta jako celek rotuje velmi pomalu, den na ní trvá 243 dní na Zemi. Rozdíl v rychlosti tekuté a pevné vrstvy jádra je proto malý a na spuštění dynama nestačí.
Kosmické sondy překvapivě ukázaly, že magnetické pole má Merkur. Jeho intenzita se pohybuje okolo jednoho procenta intenzity zemského. Planeta je přitom ještě menší než Mars, a tak spolehlivé vysvětlení zatím chybí.
Merkur, Mars i Venuše mají jedno společné: neobíhá je žádný velký měsíc. Nabízí se proto hypotéza, že za magnetické pole, a tedy i ochranný štít před smrtícím kosmickým zářením vděčíme našemu Měsíci. Skupina vědců z francouzského Národního centra vědeckého výzkumu (CNRS – Centre national de la recherche scientifique) a Univerzity Blaise Pascala se domnívá, že udržování slitiny železa a niklu zemského jádra v tekutém stavu i pohyb této taveniny ovlivňuje gravitační působení přirozené oběžnice Země – podobným způsobem, jakým vyvolává v oceánech příliv a odliv. Nebýt jí, možná by se zemské dynamo už před nějakým časem zastavilo. Ale protože se osa rotace Země kolébá (tzv. precese) a ani pohyb Měsíce není pravidelný, kombinovaný účinek těchto sil na zemské jádro může způsobovat udržování části jádra v tekutém stavu a možná i kolísání činnosti zemského dynama. Právě Měsíci možná vděčíme za to, že na naší planetě mohl vzniknout život a že je už několik miliard let obyvatelná.
Magnetofonová páska v kameni
Pro výzkum pohybu a polarity zemského magnetického pole je nutné znát jeho vývoj v minulosti – a tady mají vědci velké štěstí, protože některé horniny jeho průběh zaznamenaly jako magnetofonová páska nebo počítačový harddisk. V těchto horninách jsou totiž částečky magnetických minerálů obsahující železo, například magnetit. Dokud je materiál v roztaveném stavu, fungují jako kompas: natáčejí se podle směru siločar zemského magnetického pole. Když pak magma ztuhne, zůstanou natrvalo ve své poslední poloze. Díky tomu je možné nejen zjišťovat pohyby kontinentů v minulosti nebo datovat některé dávné geologické události, ale také zkoumat intenzitu a změny magnetického pole Země v průběhu miliónů let.
Například staré lávy z Oregonu tímto způsobem zachytily situaci před 16 milióny lety, kdy se orientace zemského magnetického pole měnila o šest stupňů za den. A podobně lze stanovit historii zemské kůry i jinde, protože vyvřelá láva se tuhnutím mění v čedič, který má vysoký obsah magnetické složky (jak prozrazují třeba i magnetické anomálie na Řípu).
„Magnetofonová páska“ v horninách ale zaznamenala ještě dramatičtější proměny než jen putování magnetických pólů. Když začali vědci zkoumat dno oceánů, našli podivné struktury, jaké nemají na pevnině obdoby. Hluboké příkopové propadliny se strmými svahy tu lemují neméně příkré horské hřbety a to celé se táhne kolem planety v délce tisíců kilometrů. Kamery spuštěné ke dnu tady na mnoha místech našly čerstvě ztuhlou lávu. Ukázalo se, že jde o jakési švy planety, v nichž vzniká nová zemská kůra. Z obrovských trhlin tu vyvěrá žhavé magma, jež se rozlévá na obě strany a postupně tuhne. Takto vzniklé mořské dno se pak pomalu posouvá směrem od „švů“, kterým se začalo říkat rifty.
Během Mezinárodního geofyzikálního roku koncem 50. let minulého století nad ně vypluly výzkumné lodě vlekoucí citlivé magnetometry a tehdy přišlo velké překvapení: nově vzniklé dno vytváří jakési pruhy, z nichž každý sousední nese magnetický záznam o opačné polaritě magnetického pole. Jediným možným vysvětlením bylo, že magnetické póly Země střídají svou polaritu.
Magnetické drama
Od té doby se vědci snaží zjistit, jak přesně taková dramatická událost v životě planety probíhá, protože za dobu trvání existence našeho druhu k ní ještě nedošlo. Dopady na civilizaci i ekosystém by zřejmě byly vážné. Tým vedený Bradem Singerem z University of Wisconsin-Madison se proto při svém výzkumu soustředil na detaily zatím posledního přepólování známého jako Matuyama-Brunhesův obrat. Došlo k němu před přibližně 773 000 lety (jiné prameny mluví o 781 000 letech), tedy v době, kdy již žil předchůdce moderního člověka, Homo erectus. Dosud se vědci neshodli na tom, jak dlouho tento poslední obrat trval; někteří soudili, že pár tisíc let, podle jiných to bylo jen několik desítek let. Singerův tým ale zjistil něco jiného – a bylo to zjištění dost znepokojující.
Vědci z University of Wisconsin-Madison vycházeli především z magnetického zápisu ve vyvřelých horninách. Zjistili, že magnetické pole planety začalo oslabovat už před 795 000 lety. Jeho intenzita silně poklesla, ale k přepólování nejdřív nedošlo, a naopak před 784 000 lety znovu zesílilo, i když se úplně „nezotavilo“. Pak se ale začalo znovu hroutit a o 11 000 let později se polarita definitivně obrátila. Tato fáze trvala 4000 let.
„Naše výsledky ukazují, že přepólování zemského magnetického pole je mnohem dramatičtější událost, než se dosud soudilo,“ zhodnotil výzkum Brad Singer. „Ze záznamu v lávě je patrné, že před konečným přepólováním se zemské dynamo několikrát neúspěšně pokusilo o obrat.“
Magnetický zápis v horninách prozradil ještě jednu závažnou věc: před přepólováním se pohyb magnetických pólů po povrchu Země zrychlil – stejně jako se to děje dnes.
Motor evoluce
Kosmické záření není nic, co by prospívalo zdraví. Ani astronauti na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS) mu nejsou příliš vystavení, protože jejich obydlí létá pod ochranou zemského magnetického pole. Skutečný vesmír poznali jen astronauti projektu Apollo, ale to bylo jen na pár dní. Co by s lidmi během přepólování udělaly tisíce let bez ochrany před zářením? Dá se předpokládat, že nic pěkného.
Kosmické radiaci ale nebude vystaven pouze člověk, bude mít vliv i na hospodářské plodiny a zvířata, na celý ekosystém. Přitom dopad přepólování na biosféru je tím dramatičtější, čím delší bylo období klidu. Na momentální polaritě a na nízké úrovni kosmické radiace se stalo závislých víc druhů, než tomu bylo dříve. Nelze vyloučit, že velké hynutí biologických druhů souviselo právě se změnami polarity, jež přišly po mimořádně dlouhých obdobích stability. Tentokrát by poprvé v historii planety byla cílem také lidská společnost.
Kosmické záření dopadající až na povrch ve stále větší intenzitě by se zřejmě nejvíc projevilo v telekomunikacích a počítačových sítích, zasaženy by byly také satelity na nízké oběžné dráze.
Mnoho vědců soudí, že přepólování může být jedním z významných faktorů biologické evoluce. Podle nich právě během něj dochází k vyhynutí mnoha druhů a k mutacím vytvářejícím druhy nové.
„Je fascinující představa, že děje v zemském jádru jsou spojené s evolucí,“ řekl John Tarduno z University of Rochester. „Měli bychom to vzít v úvahu, když přemýšlíme o možnosti života na jiných planetách.“
Nedá se tak ani vyloučit, že mutace vzniklé během přepólování stojí i za vznikem druhu Homo sapiens. Teď jde o to, aby využil svou inteligenci k obraně před důsledky příští změny...
