Miksi on tärkeää, että maapallolla on magneettikenttä?

Miksi maapallolla on magneettikenttä? 6000°C ytimessä

Miksi maapallolla on magneettikenttä? Ilman tätä näkymätöntä suojaa elämä planeetallamme ei olisi mahdollista. Aurinkotuuli puhaltaisi ilmakehän kaasut avaruuteen kuten Marsissa tapahtui. Ymmärtämällä dynamo-ilmiön tiedämme, miksi maapallolla on magneettikenttä ja miksi Maasta tuli elämän koti.

Maapallon magneettikenttä on planeettamme elinehto

Maapallon magneettikenttä on elintärkeä suojakilpi, joka estää aurinkotuulta ja kosmista säteilyä tuhoamasta ilmakehäämme. Ilman tätä magnetosfääriksi kutsuttua kenttää Maa olisi todennäköisesti kuiva ja eloton erämaa, kuten Mars. Se ohjaa vaaralliset hiukkaset napa-alueille ja mahdollistaa elämän jatkumisen planeetan pinnalla.

Kenttä poikkeuttaa suurimman osan aurinkotuulen varatuista hiukkasista.^[1] Tämä on kriittistä, sillä aurinkotuuli puhaltaa jatkuvasti jopa 400 - 800 kilometrin sekuntivauhdilla. Olen usein miettinyt, kuinka hauras kotimme todella on - ilman tätä näkymätöntä voimaa ilmakehästämme haihtuisi valtavia määriä happea ja typpeä avaruuteen joka sekunti. On kiehtovaa (ja hieman pelottavaa), että elämämme riippuu täysin planeetan sisällä vellovasta raudasta. Se on elintärkeä. Mutta tässä on eräs yllättävä seikka, jota moni ei tiedä: magneettiset navat eivät ole pysyviä - selitän tämän yllättävän ilmiön tarkemmin artikkelin loppupuolella.

Mitä tapahtuisi, jos magneettikenttä katoaisi?

Jos magneettikenttä häviäisi huomenna, seuraukset olisivat katastrofaaliset. Ensimmäisenä ilmakehä joutuisi aurinkotuulen armoille. Mitä tapahtuisi ilman magneettikenttää? Aurinkotuuli on hiukkasvirta, joka kirjaimellisesti puhaltaa pois suojaamattomat kaasut. Mars on tästä surullinen esimerkki. Noin 4 miljardia vuotta sitten Marsilla oli vahva magneettikenttä ja luultavasti paksu ilmakehä, jossa oli vettä.^[5] Kun Marsin ydin jäähtyi ja magneettikenttä sammui, se menetti lähes 90 prosenttia ilmakehästään. Totta puhuen, ilman magneettikenttää meillä ei olisi mitään, mitä hengittää.

Säteilytasot maanpinnalla nousisivat moninkertaisiksi. Kosminen säteily vaurioittaisi DNA-rakenteita ja lisäisi syöpäriskiä merkittävästi kaikilla eläinlajeilla. Sähköverkkomme ja satelliittimme olisivat myös välittömässä vaarassa. On arvioitu, että ilman magneettikentän vaikutus elämään olisi dramaattinen ja voimakas aurinkomyrsky voisi aiheuttaa maailmanlaajuisen sähkökatkon, jonka korjaaminen kestäisi vuosia. Se on karmaiseva ajatus. Onneksi magnetosfääri ulottuu noin 6.000 - 60.000 kilometrin päähän Maasta ja ottaa ensimmäiset iskut vastaan.

Luonnon oma navigointijärjestelmä ja revontulet

Magneettikenttä ei ole vain passiivinen suojakilpi, vaan se toimii myös monien eläinten oppaana. Tätä kutsutaan magnetoreseptioksi. Esimerkiksi merikilpikonnat voivat uida yli 19.000 kilometriä valtameren halki ja palata takaisin samalle rannalle, jolla ne syntyivät, hyödyntäen maapallon magneettisia vihjeitä. Myös muuttolinnut ja jopa jotkut nisäkkäät käyttävät kenttää suunnistamiseen. Epäonnistunut suunnistus voi johtaa koko lauman eksymiseen. Muistan lukeneeni tapauksista, joissa valaat ovat ajautuneet rantaan magneettisten häiriöiden vuoksi.

Revontulet ovat kaunein todiste magneettikentän olemassaolosta. Kun aurinkotuulen varatut hiukkaset törmäävät magnetosfääriin, kenttä ohjaa ne kohti pohjois- ja etelänapaa. Siellä ne törmäävät ilmakehän happi- ja typpiatomeihin, mikä saa ne hohtamaan väreissä. Kun ensimmäistä kertaa näin revontulia Kilpisjärvellä, en voinut olla miettimättä, että ne ovat itse asiassa näkyvä merkki siitä, että planeettamme suojakilpi toimii. Se on kuin planeettamme tapaisi kertoa olevansa elossa. Värien leikki taivaalla on sähkömagneettista sotaa, jota käydään meidän suojaksemme.

Miten magneettikenttä syntyy planeetan syvyyksissä?

Magneettikenttä ei ole peräisin kiinteästä magneetista maapallon sisällä, vaan se syntyy niin kutsutun dynamo-ilmiön kautta. Maapallon ytimessä, noin 2.900 kilometrin syvyydessä, on nestemäinen ulkoydin. Tämä raudasta ja nikkelistä koostuva neste liikkuu jatkuvasti konvektiovirtausten ja maapallon pyörimisliikkeen vuoksi. Tämä liike synnyttää sähkövirtoja, jotka puolestaan luovat magneettikentän. Juuri näin miten maapallon magneettikenttä syntyy voidaan ymmärtää tieteellisesti. Maapallon ytimen lämpötila nousee noin 6.000 asteeseen Celsius-asteikolla – se on suunnilleen yhtä kuuma kuin Auringon pinta ^[4].

Tässä on se aiemmin mainitsemani yllättävä fakta: maapallon magneettikenttä ei ole staattinen. Magneettinen pohjoisnapa liikkuu tällä hetkellä noin 35 kilometriä vuodessa kohti Siperiaa ^[3] (ja se on kieltämättä hämmentävää). Historia osoittaa, että magneettiset navat ovat vaihtaneet paikkaansa satoja kertoja miljoonien vuosien aikana. Keskimäärin napaisuus vaihtuu 200.000 - 300.000 vuoden välein. Viimeisimmästä täydellisestä käännöksestä on kuitenkin kulunut jo lähes 780.000 vuotta. Olemme siis tavallaan yliajalla. Nyt se muuttuu. Mutta ei hätää - prosessi kestää tuhansia vuosia, eikä kenttä katoa kokonaan vaihdon aikana. Tämä kaikki korostaa entisestään, miksi maapallon magneettikenttä on tärkeä planeettamme tulevaisuudelle.

Maan ja Marsin magneettiset erot

Vertaamalla Maata naapuriplaneettaamme Marsiin ymmärrämme paremmin, miksi magneettikenttä on niin kriittinen elämälle.

Maa

• Vahva ja aktiivinen dynamo-ilmiö nestemäisessä ytimessä

• Nestemäistä vettä ja suotuisa lämpötila elämälle

• Tiheä, typpeä ja happea sisältävä, magnetosfäärin suojaama

Mars

• Heikko ja hajanainen, globaali kenttä sammunut miljardeja vuosia sitten

• Kylmä, kuiva ja alttiina tappavalle kosmiselle säteilylle

• Erittäin ohut, aurinkotuuli on puhaltanut suurimman osan pois

Elisan matka revontulten alle: Kun tiede muuttui todeksi

Elisa, 32-vuotias helsinkiläinen opettaja, matkusti Inariin nähdäkseen revontulia ensimmäistä kertaa. Hän oli lukenut fysiikasta paljon, mutta magneettikentän merkitys tuntui hänestä silti vain kaukaiselta teoriasanastolta.

Ensimmäisenä iltana oli pilvistä, ja Elisa turhautui kylmyyteen ja odottamiseen. Hän yritti ottaa kuvia puhelimellaan, mutta akku loppui pakkasessa ja sormet tuntuivat jäätyvän hanskojen läpi.

Toisena yönä taivas aukeni. Elisa tajusi, että nuo vihreät verhot eivät olleet vain valoa, vaan planeetan puolustusjärjestelmä toiminnassa. Hän hylkäsi kameran ja keskittyi vain katsomaan taivaalle.

Neljän päivän matkan jälkeen Elisa palasi kotiin uudenlaisella kunnioituksella maapalloa kohtaan. Hän kertoi oppilailleen, että magneettikenttä ei ole vain viiva kartalla, vaan elävä suojakilpi, jota ilman meitä ei olisi.