Từ trường của Trái đất có thể vô hình nhưng những thay đổi chậm và ổn định của nó định hình mọi thứ, từ hệ thống định vị đến an toàn vệ tinh. Sự thay đổi từ trường trái đất đang diễn ra không phải là một kịch bản thảm họa bất ngờ mà là một phần của mô hình thay đổi địa từ phức tạp và kéo dài do các quá trình sâu bên trong hành tinh gây ra.
Từ trường của Trái đất là gì?
Từ trường của Trái đất hoạt động gần giống như một thanh nam châm khổng lồ, hơi nghiêng có tâm gần lõi hành tinh. Tuy nhiên, thay vì một nam châm rắn, trường được tạo ra bởi chuyển động của sắt nóng chảy, dẫn điện ở lõi ngoài.
Khi kim loại này di chuyển, nó tạo ra dòng điện tạo ra và duy trì từ trường toàn cầu. Quá trình này được gọi là geodynamo.
Trường mở rộng ra ngoài không gian để tạo thành từ quyển. Từ quyển làm chệch hướng phần lớn bức xạ hạt tích điện phát ra từ Mặt trời, giúp bảo vệ bầu khí quyển và sự sống trên bề mặt khỏi bức xạ mặt trời và vũ trụ cường độ cao.
Từ trường Trái đất có thực sự dịch chuyển không?
Sự thay đổi từ trường trái đất có thể đo lường được rõ ràng. Một dấu hiệu quan trọng là cực bắc từ không cố định ở một nơi mà trôi qua Bắc Cực theo thời gian.
Các vệ tinh, tàu thủy và đài quan sát mặt đất hiện đại theo dõi chuyển động này với độ chính xác cao. Trong khoảng hơn một thế kỷ qua, tốc độ trôi dạt này đã thay đổi, đôi khi trở nên nhanh hơn đáng kể.
Cường độ trường cũng đang phát triển. Các phép đo cho thấy ở một số khu vực, đặc biệt là ở Nam Đại Tây Dương, từ trường đã suy yếu. Trên quy mô toàn cầu, các nhà khoa học nhận thấy sức mạnh trung bình có sự suy giảm khiêm tốn nhưng thực sự.
Tuy nhiên, khi so sánh với hồ sơ lâu dài được lưu giữ trong đá, những thay đổi địa từ ngày nay vẫn nằm trong phạm vi được coi là hành vi bình thường đối với Trái đất.
Điều gì thúc đẩy sự thay đổi từ trường của Trái đất?
Nguyên nhân sâu xa hơn của sự dịch chuyển từ trường của trái đất nằm ở lõi ngoài. Ở đó, sắt và niken nóng chảy lưu thông theo những hình thái phức tạp, thay đổi.
Những dòng chảy này được cung cấp năng lượng bởi nhiệt thoát ra từ lõi, sự quay của hành tinh và những biến đổi tinh vi trong thành phần. Vì chất lỏng có tính dẫn điện nên chuyển động của nó tạo ra và định hình lại từ trường.
Khi các mô hình dòng chảy dần dần được tổ chức lại, trường mà chúng tạo ra cũng thay đổi. Các nhà khoa học gọi sự tiến hóa chậm và lâu dài về phương hướng và sức mạnh này là “sự biến đổi thế tục”.
Hệ thống vốn đã hỗn loạn. Điều đó làm cho việc dự đoán chi tiết dài hạn về những thay đổi địa từ trở nên khó khăn hơn nhiều so với việc dự đoán các quỹ đạo hành tinh chẳng hạn.
Tại sao các cực từ của Trái đất đôi khi bị lật?
Ngoài việc lang thang đơn giản, Trái đất cực từ đã đảo cực nhiều lần. Sự đảo ngược địa từ xảy ra khi trường yếu đi, trở nên mất trật tự hơn và sau đó tự thiết lập lại với cực tính ngược lại.
Bằng chứng cho những sự đảo ngược này đến từ đá núi lửa và lớp vỏ đáy biển. Khi dung nham nguội đi hoặc trầm tích đông đặc lại, các khoáng chất từ tính nhỏ sẽ khóa theo hướng của từ trường cục bộ tại thời điểm đó.
Những lần lật này không đều. Trung bình, các lần đảo ngược xảy ra cứ sau vài trăm nghìn năm, nhưng khoảng cách rất khác nhau.
Một số khoảng thời gian cho thấy sự đảo chiều thường xuyên. Một số khác chứa những “siêu niên đại” dài, kéo dài hàng chục triệu năm mà không có sự đảo ngược nào cả.
Sự thay đổi hiện tại có phải là dấu hiệu của một sự thay đổi sắp xảy ra?
Bởi vì từ trường đang suy yếu ở một số khu vực và các cực đang trôi nhanh hơn trước nên thường xuyên có suy đoán về một sự đảo chiều sắp xảy ra. Tuy nhiên, không có bằng chứng chắc chắn nào cho thấy sự dịch chuyển từ trường trái đất hiện tại đảm bảo một sự thay đổi trong thời gian ngắn.
Trong hồ sơ cổ từ, nhiều giai đoạn cường độ trường giảm và cấu trúc phức tạp không bao giờ phát triển thành sự đảo ngược hoàn toàn. Chúng chỉ đơn giản là một phần của quang phổ biến đổi địa từ đang diễn ra.
Một đặc điểm thu hút sự chú ý đặc biệt là Vùng dị thường Nam Đại Tây Dương. Khu vực này trải dài khắp Nam Mỹ và Nam Đại Tây Dương, có từ trường yếu bất thường.
Trong vùng này, nhiều hạt tích điện hơn từ không gian có thể xâm nhập gần Trái đất hơn. Điều đó làm tăng mức độ bức xạ đối với các vệ tinh đi qua, làm tăng nguy cơ hư hỏng thiết bị điện tử và trục trặc dữ liệu.
Mặc dù sự bất thường này có khả năng phản ánh sự tái tổ chức sâu hơn trong lõi, nhưng sự hiện diện của nó không có nghĩa là sự đảo ngược phân cực toàn cầu sắp xảy ra.
Những thay đổi địa từ ảnh hưởng đến cuộc sống và công nghệ như thế nào?
Đối với cuộc sống hàng ngày trên bề mặt, sự dịch chuyển từ trường trái đất là rất nhỏ. Nhiều loài động vật, bao gồm cả chim di cư và rùa biển, dựa vào từ trường để định hướng và định hướng.
Bằng chứng sẵn có cho thấy rằng họ có thể thích ứng với những thay đổi dần dần trong lĩnh vực này. Hệ thống định vị của họ có vẻ đủ linh hoạt để đối phó với các tín hiệu trôi chậm, mặc dù giới hạn của khả năng thích ứng này vẫn đang được nghiên cứu.
Công nghệ bị ảnh hưởng trực tiếp hơn. La bàn từ tính, các tuyến đường hàng không và điều hướng hàng hải đều phụ thuộc vào kiến thức chính xác về phía bắc từ tính.
Bởi vì từ trường ngày càng phát triển nên các mô hình từ trường toàn cầu được cập nhật thường xuyên. Phi công, thuyền trưởng và thậm chí cả ứng dụng điện thoại thông minh đều dựa vào những cập nhật này để giữ cho tiêu đề luôn chính xác.
Vệ tinh và tàu vũ trụ đặc biệt nhạy cảm với những thay đổi địa từ. Từ trường yếu hơn hoặc không đều, kết hợp với hoạt động của mặt trời, có thể làm tăng mức độ tiếp xúc với bức xạ.
Điều này có thể làm hỏng thiết bị điện tử, rút ngắn thời gian hoạt động và làm sai lệch các phép đo. Trên mặt đất, các cơn bão địa từ mạnh có thể tạo ra dòng điện trong đường dây điện, gây áp lực lên các máy biến áp và cơ sở hạ tầng lưới điện.
Các nhà khoa học nghiên cứu sự dịch chuyển từ trường của Trái đất như thế nào?
Để hiểu được trái đất sự dịch chuyển từ trườngcác nhà khoa học hợp nhất những quan sát hiện đại với những ghi chép được bảo tồn trong đá. Mỏ ngày nay được giám sát bởi các đài quan sát trên mặt đất, các thiết bị trên tàu và máy bay cũng như các sứ mệnh vệ tinh lập bản đồ mỏ trên toàn cầu.
Những phép đo này được đưa vào các mô hình từ trường quốc tế, được cập nhật vài năm một lần. Những mô hình này rất cần thiết cho việc điều hướng, khảo sát và nghiên cứu.
Cổ từ học cung cấp quan điểm dài hạn. Khi dung nham nguội đi hoặc các lớp trầm tích hình thành, các khoáng chất từ tính sẽ thẳng hàng với từ trường hiện có và bảo toàn hướng cũng như cường độ tương đối của nó.
Bằng cách lấy mẫu đá ở các độ tuổi khác nhau từ nhiều địa điểm, các nhà nghiên cứu tái tạo lại lịch sử thay đổi địa từ, bao gồm sự đảo ngược, dịch chuyển và xu hướng dài hạn. Hồ sơ này giúp kiểm tra các lý thuyết về động lực học cốt lõi và cải thiện các mô hình về cách lĩnh vực này có thể phát triển.
Sự thay đổi từ trường trái đất và tương lai của những thay đổi địa từ
Từ trường Trái đất vốn có tính động và sự dịch chuyển từ trường Trái đất đang diễn ra là biểu hiện tự nhiên của lõi ngoài không ngừng nghỉ chứ không phải là dấu hiệu tự động của thảm họa sắp xảy ra.
Những thay đổi địa từ quan sát được ngày nay, các cực lệch, các dị thường trong khu vực và sự thay đổi cường độ dần dần, đặt ra những thách thức cho vệ tinh, hệ thống điện và định vị, nhưng chúng phát triển đủ chậm để theo kịp các giải pháp giám sát, lập mô hình và kỹ thuật.
Khi các mạng quan sát mở rộng và các mô phỏng lõi được cải thiện, các nhà khoa học sẽ có được bức tranh rõ ràng hơn về khả năng thay đổi của từ trường, giúp xã hội chuẩn bị tốt hơn cho các giai đoạn tiếp theo trong môi trường từ trường đang phát triển của Trái đất.
Câu hỏi thường gặp
1. Con người có thể cảm nhận được sự dịch chuyển từ trường của Trái đất về mặt vật lý không?
Không. Sự dịch chuyển từ trường của trái đất xảy ra rất chậm và quá yếu để con người có thể cảm nhận trực tiếp được, vì vậy không có cảm giác vật lý nào liên quan đến nó.
2. Sự dịch chuyển từ trường của Trái đất có ảnh hưởng đến độ chính xác của GPS không?
GPS chủ yếu dựa vào tín hiệu vệ tinh và thời gian chính xác chứ không phải từ trường. Những thay đổi địa từ ảnh hưởng đến việc điều hướng dựa trên la bàn nhiều hơn GPS, mặc dù cả hai thường được sử dụng cùng nhau.
3. Liệu một cú lật cột có thể xóa sạch ngay lập tức tất cả các thiết bị điện tử không?
Không. Người ta cho rằng sự đảo ngược địa từ sẽ diễn ra trong hàng nghìn năm. Mối quan tâm chính là tác động ngày càng tăng của thời tiết không gian lên các vệ tinh và lưới điện chứ không phải là sự cố điện tử toàn cầu ngay lập tức.
4. Điện thoại thông minh có tự động điều chỉnh theo những thay đổi địa từ không?
Vâng, ở một mức độ nào đó. Điện thoại thông minh sử dụng cảm biến cộng với các mẫu từ tính được cập nhật thường xuyên từ phần mềm và dịch vụ trực tuyến nên chúng có thể hiệu chỉnh lại khi sự dịch chuyển từ trường trái đất tiếp tục diễn ra theo thời gian.
Nguồn ScienceTimes