Nagyjából a felszíntől mért 2900 kilométeres mélységben húzódik a földköpeny és a forró fémes földmag határa, a Gutenberg-Weichert felület. Az olvadt fémekből álló földmag külső része cseppfolyós halmazállapotú, a felette lévő viszkóz földköpenyt a magban termelődő hő keltette áramlások lassú, de folyamatos mozgásban tartják, ez a motorja a lemeztektonikának, vagyis a kontinensek vándorlásának. A forgó földmag úgy viselkedik mint egy óriási dinamó, az általa keltett mágneses erőtér védi meg az élővilágot a Földet érő kozmikus részecskesugárzástól. Ez az éltető védőernyő azonban csak addig marad fenn, amíg nem csökken kritikus érték alá a folyamatosan hűlő földmag hőmérséklete.

Annak az erőnek köszönhetjük a létezésünket, ami a kontinenseket is mozgatja

Egészen az 1960-as évekig a földtudományokban általános volt az a felfogás, hogy a Föld arculata, vagyis a kontinensek és a világóceán egymáshoz viszonyított helyzete változatlan. Az úgynevezett fixista elmélet a világóceántól távol, mélyen a szárazföld belsejében húzódó tengeri üledékes kőzetekből felépülő hegységek keletkezését a földkéreg – feltételezett - vertikális mozgásával, azaz egyes kéregfelületek megsüllyedésével és kiemelkedésével magyarázta.

Így néz majd ki a Föld 100 millió év múlva. A lemeztektonikai folyamatok miatt a kontinensek folyamatosan változtatják a helyzetüketForrás: NOAA

E magyarázat szerint amikor a kéreg lesüllyed, a területet elönti a tenger, majd amikor a kéreg ismét emelkedni kezd, a medencében lerakódott üledékekből gyűrődnek fel a karbonátos kőzetekből álló hegységek. Egy német meteorológus és földtudós, Alfred Lothar Wegener figyelt fel először arra,

hogy Dél-Amerika keleti, valamint Afrika nyugati partvidéke szinte tökéletesen összeillenek egymással.

Wegener 1912-ben tette közzé a kontinensek vándorlásáról szóló publikációját, amit 1915-ben részletesen kidolgozva könyv formájában is kiadott.

Alfred Wegener német geológus és sarkkutató nevéhez fűződik a kontinensvándorlás elméleteForrás: Wikimedia Commons

A szakma azonban elvetette Wegener kontinensvándorlási hipotézisét, aminek helyességét csak az 1960-as években, az Atlanti-óceán tágulásának felfedezésével sikerült bebizonyítani.

Párnaláva formáció a mélytengeri közép-atlanti hátság riftvölgyében. A kiömlő kőzetolvadék a hideg tengervízzel érintkezve megdermed és felboltozódik, folyamatosan széttolva az óceáni kérget. Az Atlanti-óceán tágulását csak az 1960-as években fedezték fel, ami megerősítette a lemeztektonikai elmélet helyességétForrás: Wikimedia Commons

A megbukott fixista hipotézist felváltó, ma már általánosan elfogadott lemeztektonikai elmélet szerint a litoszféra, vagyis a földkéreg és a felső köpeny, a viszkóz asztenoszféra határán a kéreg töredezett darabjait, a litoszféralemezeket a Föld belsejéből érkező hőáramlások mozgatják. A hőt a fémes földmag termeli, ami nemcsak a litoszféralemezeket mozgatja, hanem hatalmas dinamóként, a Napból és a mélyűrből érkező részecskesugárzást felfogó mágneses erőteret is indukál.

Aggasztóan gyengül a földi életet védő mágneses pajzs

Az élővilág szempontjából létfontosságú földi dinamó, a fémes szerkezetű földmag 2900 és 5000 kilométer mélység közötti része folyékony, míg a legbelső földmag szilárd halmazállapotú; utóbbi legnagyobb részt vasból és nikkelből épül fel.

A Föld mágneses mezeje, a magnetoszféra művészi ábrája. A magnetoszféra védi meg többek között a földi élővilágot a Napból érkező korpuszkuláris sugárzás káros hatásaitólForrás: NASA

A cseppfolyós és forró külső mag hőáramlási rendszere, valamint a Coriolis-erő hozza létre, illetve tartja fenn a Föld mágneses erőterét, a dinamómechanizmus elve szerint. (A Coriolis-erő – leegyszerűsítve –, az adott inerciarendszerhez képest forgó, gyorsuló rendszerben mozgó testre ható tehetetlenségi erő.) A dinamó-mechanizmus hatására az olvadt fémekből álló külső mag áramlásai örvényáramokat hoznak létre, amelyek kiterjedt mágneses teret gerjesztenek.

A Föld belső szerkezetét ábrázoló grafikaForrás: Wikimedia Commons

A földi mágneses mező lényegében egy olyan dipólus, amelynek az északi pólusa a földrajzi Északi-sark, míg déli pólusa a geográfiai Déli-sark közelében található. A Föld mágneses erőtere, a magnetoszféra jóval túlnyúlik az atmoszférán, és több tízezer kilométerre terjed ki a világűrbe.

Ez a hatalmas mágneses erőtér valódi védőpajzsként szolgál a földi élet számára.

A magnetoszféra fogja fel a Napból érkező töltött részecskéket, valamint a világűr mélyéről származó kozmikus sugárzás legnagyobb részét. Ha a magnetoszféra összeomlana, a gyilkos részecskesugárzást csak az atmoszféra legalsó sűrű légrétege tudná valamelyest elnyelni, de nem annyira, hogy ne érje el a földfelszínt az életet veszélyeztető dózisú sugárzás.

A Föld mágneses terét ábrázoló grafikaForrás: Wikimedia Commons

E hatalmas védernyő addig marad fenn, amíg a földmagban termelődő hőmérséklet elég magas a dinamóhatást keltető örvényáramok fenntartására. Ha a földmag kihűl, nemcsak a litoszféralemezek mozgása szűnik meg,

hanem leáll az életet védelmező dinamóhatás is:

a magnetoszféra összeomlik, a Föld pedig a jelenlegi Merkúrhoz vagy Vénuszhoz, illetve a Marshoz hasonló halott bolygóvá válik. Egészen a közelmúltig a geofizikusok úgy vélték, hogy a magnetoszféra, illetve a földmag kölcsönhatása hosszú ideje létező és még sokáig változatlanul fennmaradó stabil rendszer.

A forró földmag művészi ábrájaForrás: USGS

A 2000-es évek elején felfedezték,

hogy a Föld mágneses védőpajzsa rohamosan gyengül,

ami egyrészt egy közeli pólusváltás előjele lehet, de még egyelőre ismeretlen más ok is húzódhat az aggasztó jelenség hátterében. És ha ez nem lenne még elég, egy friss kutatás szerint a földmag kihűlése is sokkal gyorsabban zajló folyamat az eddig feltételezettnél.

Ha leáll a Föld dinamója, végveszélybe kerül a szárazföldi élővilág

A Zürichi Műszaki Egyetem (ETH) kutatói, valamint a Carnagie Tudományos Intézet szaktudósai laboratóriumi körülmények között modellezték a külső és a belső földmag között zajló folyamatokat. A földfelszíntől számítva hozzávetőleg 3000 kilométeres mélységben kezdődő mag struktúráját érthető okokból csak közvetett módon, a szeizmikus hullámok segítségével lehet vizsgálni.

A forró, olvadt fémekből álló külső földmag és a viszkóz köpeny között kialkuló örvényáramok keltik -a dinamóhatás elve szerint - a Föld mágnese erőterétForrás: Wikimedia Commons

A földmag dinamikájának jobb megértése céljából egy külön erre a célra kifejlesztett technológia, illetve mérési módszer segítségével az ETH, valamint a Carnagie Tudományos Intézet munkatársainak sikerült laboratóriumi körülmények között előállítani, pontosabban szimulálni a dinamóeffektus keletkezési területén, a külső földmag és a földköpeny határrétegén uralkodó fizikai körülményeket. Ezt nem volt egyszerű modellezni, hiszen a földmag 5-6000 Celsius fokos hőmérséklete megközelíti a Nap „hideg" területeinek, a napfoltoknak a felszíni hőmérsékletét.

Egy napfolt teleszkópos képeForrás: KIS

Ezen kívül a magban nemcsak a hőmérséklet, hanem a környezeti nyomás is extrém. A köpeny és a külső földmag közötti határréteg azért számít különösen fontos területnek a dinamóeffektus szempontjából, mivel a viszkózus köpeny itt lép kapcsolatba a cseppfolyós fémekből álló külső földmaggal. E két réteg között igen jelentős a nyomásgradiens, valamint a hőmérséklet közötti különbség, és ez teszi lehetővé a Föld dinamóját éltető örvényáramlási rendszer folyamatos funkcionálását.

A földmag hőmérséklete azonban lassan, de folyamatosan csökken.

A határréteg anyagát legnagyobb részt egy nagyon sűrű magnézium-vas szilikát ásvány, a bridgmanit alkotja. A laboratóriumi szimuláció megdöbbentő eredményt hozott, mert kiderült, hogy a bridgmanit hővezető képessége másfélszer nagyobb az eddig feltételezettnél. Mindez azt jelenti, hogy a magból a köpeny felé zajló hőáramlás sokkal intenzívebb a vártnál, vagyis a mag lehűlése jóval gyorsabb az eddig számítottaknál.

Különbség a Mars és a Föld között napkitörések idején - a saját bolygónkat megvédi a külső földmag mozgása által generált mágneses mező, a Marsnak viszont nincs ilyen védőburkaForrás: NASA / MAVEN

„Az eredményeink új megvilágításba helyezik a Föld dinamikájának változását. Arra utalnak, hogy a Föld más kőzetbolygókhoz, például a Merkúrhoz vagy a Marshoz hasonlóan a vártnál sokkal gyorsabban hűl ki, és válik inaktívvá - értékelte a modelleredményeket Motohiro Murakami, az ETH professzora. A mag kihűlése leállítja a lemeztektonikai folyamatokat, és amikor véget ér a kontinensek vándorlása, a földi dinamó is megáll.

Ha a földmag lehűlése miatt összeomlik a magnetoszféra, a napszél és napkitörések részecskesugárzása csaknem akadálytalanul fogja elérni a földfelszíntForrás: NASA

A konvektív örvényáramok megszűnése a jövőben a földi magnetoszféra összeomlásához vezet, és ettől kezdve a napszél, valamint napkitörések, továbbá az univerzum mélyéről érkező kozmikus sugárzás nagy erővel fogják a felszínt bombázni. A káros részecskesugárzás először degenerálja, majd kipusztítja a szárazföldi életet. A földi élet tehát már jóval azt megelőzően végveszélybe kerül, mielőtt még a Nap elérné a maximális fényességét, illetve az élete alkonyán vörös óriássá fúvódna fel.