A Hét 1988/1 (33. évfolyam, 1-26. szám)
1988-02-26 / 9. szám
A FÖLD MÁGNESES TERE D. Bizonyos anyagok mágneses tulajdonságai évezredek óta ismertek. Az ókori Kínában már jóval időszámításunk kezdete előtt használták — a tájékozódás megkönnyítése céljából — az iránytűt, anélkül természetesen, hogy működésének elvi kérdéseivel tisztában lettek volna. A mágnesvasérc érdekes tulajdonságairól is tudtak már az ókorban, több neves görög tudós (Thalész, Platón, Arisztotelész) külön is említi. A mágnes elnevezés feltehetően az egykori kisázsiai város. Magnesia nevéből ered; ennek környékén jelentős mennyiségű mágnesvasérc volt. Hosszú évszázadokon át lényegében ennyit tudott az emberiség a mágnesség jelenségéről. A fordulat 1600-ban következett be, amikor Erzsébet angol királynő udvari orvosa, dr. William Gilbert először fogalmazta meg a nagy felismerést: a Föld egy nagy mágnes. A földmágnesség eredete A rúdmágnes tulajdonságait azt hiszem nem kell részleteznem. Első megközelítésben a Föld egy ilyen rúdmágnesre emlékeztet, amelynek két pólusa van (geomágneses pólusok), a sarkokat mágneses erővonalak kötik össze. A múlt században még úgy képzelték. a Föld belsejében egy óriási vasmag található, ez okozza a Föld mágneses terét. Idővel azonban felismerték, hogy a ferromágneses anyagok egy adott hőmérséklet (az ún. Curie-hömérséklet) felett paramágnesessé válnak, s tekintettel arra, hogy a Föld mélyében a Curie-hömérsékletnél (ami a magnetit esetében 580 °C, a tiszta vas esetében pedig 769 °C) jóval nagyobb hőmérsékletek uralkodnak — ezt az elképzelést el kellett vetni. Később több elmélet született, ezek közül pillanatnyilag Elsässer és Bullard ún. dinamó-elmélete tűnik a legéletképesebbnek, bár számos részletkérdésre nem ad kielégítő magyarázatot. Az elképzelés lényege, hogy a földmagban — amelynek külső része izzón folyó, a belső része viszont szilárd — a Föld forgása és a gravitáció hatására anyagáramlás játszódik le, amelynek eredményeként elektromos áram keletkezik (mintha a külső mag forogna a belső mag körül), ez viszont mágneses teret hoz létre. A kérdés részletesebb taglalásába itt most nem szeretnék belefogni, már csak azért sem, mert az egészen messzire elvezetne, ugyanakkor azt is szem előtt kell tartani, hogy olyan hipotézisről van szó, amit csak nagyon csekély konkrét ismeretre és tényre alapoztak. Ma még senki sem tudhatja, milyen is valójában a földmag szerkezete, jóllehet sok mindenre következtetni lehet. Mindenesetre érdekes, hogy a Nap körül keringő bolygók közül csak a Jupiternek, a Szaturnusznak és a Földnek van jelentősebb mágneses tere (az Uránusz és a Neptunusz mágneses teréről talán a Voyager szondák jóvoltából még többet is megtudhatunk a közeljövőben). A Merkúr magnetoszféráját 1974 márciusában a Mariner—10 jelzésű amerikai űrszonda fedezte fel, mágneses térerősségének értéke 100—1 000 gamma között mozog. (A Föld mágneses térerősségének szélső értékei: a mágneses pólus közelében 69 000 gamma, a mágneses egyenlítő környékén 30 000 gamma.) Ez az érték 1 —2 nagyságrenddel kisebb mint a földi értékek, ráadásul valószínűnek látszik, hogy az idő múlásával egyre csökken majd, mígnem a Merkúr magnetoszférája teljesen eltűnik. A napszél és a Föld A Föld mágneses terének kb. 98 °/o-a a Föld belsejéből származik, a fennmaradó 2 °/o-ot a Föld körül 100—1 000 km magasságban mozgó elektromosan töltött részecskék: elektronok, protonok és ionok hozzák létre. A Föld mágneses tere teszi lehetővé az ionoszféra létezését, ugyanakkor megakadályozza azt, hogy nagyenergiájú, elektromosan töltött részecskék hatoljanak át a légkörön. Ilyen nagy energiával rendelkező részecskék egyébként állandóan bombázzák Földünket, hiszen a Nap felöl váltakozó intenzitással áramlanak felénk az elektronok és a protonok, amelyek együttesét napszélnek nevezik. A napszél hatására a Föld magnetoszférája deformálódik: a Nappal ellentétes irányban hosszan elnyúlik. Egy-egy jelentősebb napkitörés alkalmával „napszéllökések" érik a Földet, s ennek következtében mágneses viharok (mágneses háborgások) lépnek fel, amelyeket a Földön található közel 300 mágnességvizsgáló obszervatóriumban azonnal észlelnek. A mágneses viharok jelentős mértékben kihatnak Földünk légköri és időjárási viszonyaira, befolyásolhatják a távközlés (elsősorban a rádiózás) minőségét, de nem elhanyagolható az emberi idegrendszerre és az élőlények bioritmusára gyakorolt hatásuk sem. Földünk mágneses terével és a napszéllel áll kapcsolatban egy érdekes természeti tünemény is, amelyet általában sarki fénynek neveznek, mivel leginkább az északi, illetve a déli sark környékén figyelhető meg. A Földet övező mágneses tér szerkezetéről, szabálytalan változásairól a mesterséges holdak megjelenése előtt nem sokat tudtunk, az elmúlt két-három évtizedben azonban óriási mértékben megszaporodtak ezirányú ismereteink. Számos bolygó mágneses teréről is először az űrszondák hoztak hírt. A Holdnak ma már nincs mágneses tere, de egykor — három-négy milliárd évvel ezelőtt — még volt, amit az is bizonyított, hogy a felszínén mágneses tulajdonságú kőzetek is találhatók. A magnetoszféra és a légkör hiánya okozza, hogy a Hold felületét akadálytalanul elérhetik a különböző nagy energiájú részecskék és testek, amelyek szinte porrá őrlik a Hold kőzeteit. Hasonló jelenség egyébként a Merkúron is megfigyelhető, de egyelőre csupán a mágneses sarkok környékén ahol a becsapódó részecskéknek a mágneses tér nem állja útját. A mágneses tér változásai Közismert tény, hogy a Föld forgástengelye és a mágneses pólusokat összekötő tengely nem esik egybe, hanem több mint 11°-os szöget zár be. Az északi földmágneses pólus koordinátái 1976-ban: 89° 26' É-i szélesség, 248° 07' K-i hosszúság és a Bathurst szigetnél „döfi át" a Földet, míg a déli mágneses pólus az Antarktiszon, az Adeliepart közelében található. Az elmúlt négyszáz év során viszonylag nagy mennyiségű és jól hasznosítható megfigyelés halmozódott fel. Ezekből az adatokból megállapítható, hogy a Föld északi mágneses pólus nyugati irányban vándorol. (Értelemszerűen a déli pólus is mozog.) Az archeomágneses és a paleomágneses vizsgálatok több ezer, sőt több százezer évre visszamenőleg lehetővé teszik a mágneses pólus mozgásának rekonstrukcióját, ugyanakkor egy érdekes jelenségre is rávilágítanak: a földtörténet folyamán a mágneses pólusok igen gyakran és meglehetősen rendszertelen időközökben megcserélődtek. Ezeknek a pólusváltásoknak (inverzióknak) az okát ma még nem tudjuk, s a már említett dinamó-elmélet sem képes értelmezni. Joggal felvetődik a kérdés: hogyan lehet megállapítani, hogy több százezer évvel ezelőtt a mágneses pólus hol volt és milyen volt a mágneses tér polaritása? Már szó volt róla, hogy a ferromágneses anyagok a Curie-hömérséklet fölött paramágnesessé válnak, tehát tulajdonképpen elveszítik mágneses vonzerejüket. Ha hőmérsékletük ismét a Curie-hömérséklet alá csökken, akkor újból mágneseződnek, feltéve, hogy valamilyen mágneses tér hat rájuk. Azokon a helyeken, ahol átmenetileg megolvadnak a kőzetek ez a jelenség bekövetkezik, s ha ismerjük a kőzet korát, mágneses momentumának nagysága és iránya alapján következtethetünk a földi mágneses tér akkori állapotára is. A közép-óceáni hátságokban folyamatosan olvadt közetanyag áramlik fel a mélyből, amely a hátság két oldalán elterül és megdermed. Mágneses momentuma a Föld mágneses terével összhangban „rögzül". A kutatók megvizsgálták ezeket a kőzeteket és több mint 70 millió évre visszamenőleg megállapították a Föld mágneses terének pólusváltásait, illetve az egyes pólusváltások között eltelt időtartamokat. Ezek a paleomágneses vizsgálatok azt is bebizonyították, hogy a közép-óceáni hátságokban valóban azok a folyamatok játszódnak le, amelyekről már több alkalommal is szó volt. A hátság két oldalán elterülő kőzetrétegekben a pólusváltások ciklusa megegyezik, tehát szimmetrikusak. Mire jó a mágneses tér? A fenti kérdés talán nem hangzik valami tudományosan, de a laikusok számára mégis kézenfekvőnek látszik. Tényleg, mi figyeljük Földünk mágneses terét? Szó esett már az iránytűről. Ez a kis elmés szerkezet napjainkban is segíti a tájékozódást, feltéve, ha tudjuk, hogy a mágneses pólusok jelenleg hol is találhatók. A mágneses deklináció (a mágneses és a földrajzi észak—déli irány közötti szög) helyröl-helyre változik, ugyanakkor ugyanazon a helyen az idő múlásával is megváltozik a mágneses deklináció értéke. Célszerű olyan térképet szerkeszteni, ahol az azonos deklinációjú helyeket görbékkel kötik össze fizogon vonalak). E görbék között sajátos helyet foglal el az agonvonal, amely a zérus deklinációjú pontokat köti össze. A különböző helyeken elvégzett mérések segítségével fény deríthető az ún. mágneses anomáliákra, amelyeket hatalmas ferromágneses kőzettestek idézhetnek elő. Ha egy térség mágneses terének térképén ilyen szabálytalan lefutású görbék jelentkeznek, abból nagy valószínűséggel lehet értékes vastartalmú közetek jelenlétére következtetni. A leghíresebb mágneses anomália a kurszki, ahol kiterjedt vasérctelepek találhatók. A földi magnetoszféra védőszerepéről már volt szó. Újabban a Föld mágneses terét összefüggésbe hozzák az egyes vidékeken uralkodó időjárási viszonyokkal is. A rövidtávú időjárásváltozások és a mágneses tér közötti kapcsolat közismert, de néhány szakember azt is lehetségesnek tartja, hogy a mágneses pólusok helyzete kihat egy-egy táj hosszútávú klímaviszonyaira is. Elképzelhetőnek tartják, hogy a jégkorszakok és a mágneses pólusok vándorlása között szoros összefüggés áll fenn, de ugyanez érvényes a sivatagi területekre is. Nem kizárt, hogy néhány ezer év múlva újabb jégkorszak köszönt Európára, a Szahara pedig ismét kizöldül. Hogy ebben a mágneses pólusok vándorlásának is szerepe lesz, az majd elválik. LACZA TIHAMÉR 16
