Szökik a földi oxigén

A bolygók, így a Föld légkörének tömege, jellemző hőmérséklete és összetétele is csak látszólag állandó, valójában folyamatos átalakulásban van, igaz, ennek eredménye csak lassan, geológiai időskálán érzékelhető. Ez a folyamatos változás a földi élet szempontjából rövid távon elhanyagolható, ám például az oxigén mozgása az űrhajósok, valamint a műholdak számára már komoly veszélyeket rejt magában. A Cluster-műholdak megfigyelései alapján a közelmúltban sikerült azonosítani azt a folyamatot, amely során egyes oxigénatomok elhagyják bolygónkat.

A bolygónkat körülvevő gázburok mennyisége és összetétele számos tényezőtől függ. Befolyásolják a felszíni állapotok: a vulkáni gázkibocsátás, az üledékek keletkezési üteme, és a bennük megkötődő avagy a talajban rögzülő gázok mennyisége. Ezeket a felszíni lepusztulás intenzitása, a globális lemeztektonika jellemzői és egyéb tényezők együttesen befolyásolják, összefüggő kapcsolatrendszert alkotva.

A másik fontos tényező a légkör vesztése, ennek anyaga ugyanis elszökhet a világűrbe. A légkörvesztés mértéke erősen függ az atmoszféra és a napszél közötti kapcsolattól. Az olyan égitestek esetében, amelyeket nem véd globális mágneses tér, a légkörből többet ragadnak el a Napból kiáramló töltött részecskék, a napszél ionjai. A Vénusz atmoszférájából például több gáz szökik el emiatt, mint a Földéből - igaz ugyanakkor, hogy a Vénusz légköre eleve közel százszor annyi gázt tartalmaz, mint a Földé, tehát bőséges a tartalék. Bolygónk légkörét kiterjedt és energikus, mágneses tér, úgynevezettmagnetoszféra védi a napszél töltött részecskéitől. Ez a mágneses tér eltéríti a napszél ionjainak egy részét, egy másik részük be is fogódik a tér erővonalai mentén.

Magas földrajzi szélességen a mágneses erővonalak mentén sok részecske jut a napszélből bolygónk légkörébe, amelyek az itt található atomoknak és molekuláknak ütközve fénykibocsátásra késztethetik azokat - az így létrejövő jelenség a sarki fény. Több éve ismert, hogy a légkörünkből oxigén, hidrogén és hélium távozik az űrbe a poláris térségekben. Az 1980-as és 1990-es években végzett megfigyelésekből kiderült, hogy minél magasabban figyelik meg az eltávozó oxigénionokat, azok annál gyorsabban mozognak.

A Cluster-műholdak

A négy Cluster-műhold közel tetraéder alakzatú kötelékben kering körülöttünk, így a térnek egyszerre négy pontján mérik a magnetoszféra jellemzőit. Vizsgálataik alapján lehetőség nyílik a mágneses térrel kapcsolatos folyamatok térbeli rekonstrukciójára.

A Cluster-műholdak 2001 és 2003 között több alkalommal a pólusok felett 30 és 64 ezer kilométeres magasság között haladtak el, és az ekkor gyűjtött adatok alapján sikerült meghatározni, hogy a légkör sarkvidéki térségéből miként ármlanak ki az oxigénionok a mágneses erővonalak mentén. Kiderült, hogy az ionok sebességét és energiáját a centrifugális gyorsítás nevű jelenség növeli. Ekkor a mágneses erővonalak alakjában változás áll be, amelyet a töltött részecskék követni próbálnak, az elhajló erővonalak mentén mozgó részecskék pedig felgyorsulnak, innen származik a megfigyelt energiájuk.

Fantáziarajz a Földről, amint légköréből gázokat veszít. A kép erősen túlhansúlyozza a valódi veszteség mértéként (NASA, ESA)

Jelenleg a Föld oxigénvesztése nem jelentős, a távoli jövőben azonban lényegesen megnőhet. Amikor 5-6 milliárd év múlva Napunk vörös óriás állapotba kerül, és drasztikusan megemelkedik az energiakibocsátása, a Föld oxigénvesztesége is megugrik majd. A földihez hasonló globális mágneses tér hiányában a Marsnál ma is jelentős a légkör vesztesége. Az így eltávozott mennyiség is közreműködött a mai ritka, és gyenge üvegházhatást biztosító marsi atmoszféra kialakulásában.