Magnetyczne oceany i elektryczna Ziemia

Pole magnetyczne ochrania nas przed promieniowaniem kosmicznym oraz naładowanymi cząstkami, którymi Słońce bombarduje Ziemię. Bez tej tarczy atmosfera, jaką znamy, nie mogłaby istnieć, a tym samym nie mogłoby istnieć również życie.

Naukowcy muszą lepiej poznać naturę tego ochronnego pola, aby zrozumieć szereg naturalnych zjawisk, zarówno tych mających miejsce głęboko wewnątrz planety, jak i spowodowanych pogodą kosmiczną, za którą odpowiada Słońce.

Wiadomo, że pole magnetyczne powstaje w różnych częściach naszej planety oraz że różne źródła wytwarzają pole o różnym natężeniu, jednak sposób, w jaki się ono tworzy i zmienia, nie jest w pełni zrozumiały.

Dlatego właśnie w 2013 roku ESA wystrzeliła trio satelitów Swarm (Rój).

Chociaż misja już rzuca nowe światło na to, jak zmienia się pole magnetyczne, najnowsze wyniki skupiają się na najbardziej nieuchwytnym źródle tego pola: pływach oceanów.

Gdy słona woda morska przepływa przez pole magnetyczne, wytwarza się prąd elektryczny, który z kolei indukuje magnetyczną odpowiedź głęboko wewnątrz Ziemi – w płaszczu poniżej skorupy ziemskiej. Ponieważ ta reakcja stanowi bardzo małą części całego pola, zmierzenie jej z przestrzeni kosmicznej było zawsze dużym wyzwaniem.

W zeszłym roku naukowcy z politechniki ETH w Zurychu wykazali, że gdyby zmierzyć to pole z kosmosu – czego wówczas jeszcze nie dokonano – można byłoby również poznać kilka kwestii dotyczących wnętrza Ziemi. Do teraz były to rozważania teoretyczne.

Dzięki dokładnym pomiarom misji Swarm oraz misji Champ, która zakończyła się w 2010 roku po dziesięciu latach badań pola magnetycznego oraz grawitacyjnego Ziemi, naukowcy byli w stanie nie tylko zidentyfikować pole magnetyczne generowane przez pływy oceaniczne, ale też wykorzystać te dane do poznania elektrycznych własności płaszcza Ziemi leżącego 250 kilometrów pod powierzchnią oceanu.

Alexander Grayver z ETH mówi: „Satelity Swarm i Champ pozwoliły nam rozróżnić sztywną oceaniczną litosferę oraz leżącą poniżej bardziej plastyczną astenosferę”.

Litosfera to sztywna zewnętrzna część powierzchni Ziemi, w której skład wchodzi skorupa ziemska oraz górny płaszcz. Leżąca poniżej nich astenosfera jest gorętsza i bardziej płynna.

„Praktycznie jako pierwsi wykonaliśmy »sondowanie geoelektryczne z przestrzeni kosmicznej«”, dodaje.

„Te nowe wyniki są istotne dla zrozumienia tektoniki płyt – teorii mówiącej, że litosfera Ziemi składa się z twardych płyt dryfujących po gorętszej i sztywnej astenosferze, która funkcjonuje jak smar umożliwiający ruch płyt”.

Roger Haagmans, główny naukowiec misji Swarm mówi: „To niesamowite, że dzięki pomiarom z zaledwie dwóch lat misji zespół określił efekt działania pływów oceanicznych na pole magnetyczne oraz stwierdził, jak przewodnictwo zmienia się w litosferze oraz w górnej części płaszcza”.

„Wyniki ich prac pokazują, że do głębokości 350 km pod powierzchnią Ziemi stopień przewodnictwa elektrycznego materiału zależy od jego składu”.

„Dodatkowo analizy ukazują bezpośrednią zależność tego parametru od tektonicznego ustawienia płyty oceanicznej. Nowe wyniki wskazują również, że w przyszłości moglibyśmy uzyskać pełny, trójwymiarowy obraz przewodnictwa poniżej oceanu”.

Rune Floberghagen, menadżer misji Swarm dodaje: „Mamy bardzo niewiele sposobów, którymi możemy głęboko mierzyć wnętrze naszej planety. Misja Swarm może stanowić istotny wkład w zrozumienie wnętrza Ziemi, co przełoży się na całokształt wiedzy o tym, jak Ziemia funkcjonuje jako całość”.

Artykuł naukowy został opublikowany w Science Advances 30 września 2016.