Возможно ли кардинальное смещение магнитных полюсов? И какова вероятность, если да?

Краткий ответ такой — да, возможно. Однако вероятность этого посчитать нельзя, а последствия обещают быть неприятными. Но паниковать не стоит. А теперь давайте по порядку.

Откуда берется магнитное поле Земли

На глубине 2900 километров под поверхностью нашей планеты находится ее ядро, еще дальше вглубь, начиная с примерно 5100 километров глубины — внутреннее ядро. Они оба состоят преимущественно из сплава никеля с железом, другие элементы если и присутствуют, то в следовых количествах. Внутреннее ядро твердое и плотное, внешнее ядро — чуть менее плотное и жидкое. Причем из-за высокой температуры и меньшего давления, чем во внутреннем ядре, металл в этой зоне сравнительно текучий. Мы это знаем благодаря полутора векам детальных сейсмических наблюдений за недрами Земли.

Верхние слои ядра взаимодействуют с магмой и остывают, опускаются вниз и снова нагреваются: возникают конвекционные течения. Направление движения жидкого металла в ядре определяет не только градиент температур и давления, но еще и сила Кориолиса. Как и в случае с маятником, далеко летящим снарядом или прыжком с огромной высоты — становится заметным эффект от вращения планеты. В результате формируются так называемые колонны Тейлора (эффект можно наблюдать в стакане воды, если бросить в него быстро вращающийся шар). Они примерно параллельны оси вращения Земли.

При движении проводящего электричество вещества неизбежно возникают токи. За счет колонн Тейлора их направление упорядочивается. Так возникает магнитное поле. Описанная вкратце выше теория называется геодинамо.

Почему поле нестабильно

Конвекция, упомянутая парой абзацев выше — процесс хаотичный, и даже эффект Тейлора не слишком его упорядочивает. А еще дополнительные возмущения возникают по причине гравитационного взаимодействия с Луной, за счет которого внутреннее ядро постоянно колеблется. По геологическим масштабам эти колебания совсем невелики, но их достаточно для пущего усугубления хаоса. Наконец, внутреннее ядро представляет собой не идеальный шар. И внешнее — тоже не идеальная сфера. Они оба имеют «наросты» и впадины, природу которых пока понять до конца не удается.

Из-за всего вышеописанного магнитное поле, которое ориентировано параллельно оси колонн Тейлора в ядре, непрерывно меняет свою ориентацию. Человечество фиксирует положение северного магнитного полюса почти двести лет — за это время он сместился на 2300 километров. Это называется дрифтом магнитного полюса, и в XXI веке скорость перемещения полюса возросла до 55 километров в год.

Иногда гидродинамические процессы в ядре приводят к практически полному исчезновению упорядоченных потоков — на некоторое время наступает истинный хаос. Пока система не придет к прежнему равновесию, магнитное поле Земли будет ослабленным, порой до единиц процентов от прежней интенсивности. И что самое интересное, после восстановления нестабильного равновесия направление поля может поменяться на обратное. Это называется инверсией магнитного поля Земли. Порой порядок не нарушается окончательно и быстро восстанавливается — это называется геомагнитной экскурсией.

Как быстро все происходит

Многие горные породы сохраняют направление магнитного поля в момент своего формирования за счет ферримагнитных материалов в составе. Благодаря этому мы знаем, что за последние 83 миллиона лет случилось не менее 183 инверсий. Периоды между ними (хроны) длились очень по-разному: от пары десятков тысяч лет до сорока миллионов лет. Сами инверсии длятся от двух до двенадцати тысяч лет. По некоторым оценкам, бывает и быстрее, но к этим данным есть вопросы. Экскурсии случаются чаще и протекают быстрее.

Последняя инверсия случилась 780 тысяч лет назад (Брюнес-Матуяма), экскурсия — 41,5 тысячи лет назад (событие Лашамп). Но на основе того, как быстро сейчас двигаются магнитные полюса и как давно были предыдущие инверсия и экскурсией, нелья делать выводы о том, что следующее подобное событие произойдет совсем скоро или уже началось. Судя по всем имеющимся научным данным, частота инверсий и экскурсий не зависит от конкретных факторов и напрямую не рассчитывается, это поистине хаотическое явление, как и следует из механизма формирования магнитного поля нашей планеты.

Существовало немало попыток «привязать» экскурсии или инверсии к падениям метеоритов на Землю или циклам солнечной активности, но ни одна не увенчалась успехом. Более подробные исследования связи не обнаруживали.

Чем грозят такие события

Магнитное поле Земли отклоняет большую часть солнечного ветра — заряженных частиц, испускаемых Солнцем. Вдобавок, оно защищает нас от немалой части космических лучей — высокоэнергетических заряженных частиц, прибывших из-за пределов Солнечной системы. Оба эти потока излучения нельзя назвать полезными: они способны повредить все живое. Кроме того, взаимодействуя с газами в атмосфере, они способствуют их улетучиванию в космос. Наконец, солнечный ветер уничтожает озоновый слой, который защищает поверхность Земли от вредного ультрафиолета.

Может показаться, что инверсии с экскурсиями должны быть катастрофичными для жизни — без магнитного поля планету начнут бомбардировать смертельные лучи. В действительности ни одно глобальное вымирание с такими событиями пока связать не удалось, разве что Лашампу приписывают гибель австралийской мегафауны.

Вредное воздействие внеземного излучения будет нарастать при экскурсии или инверсии сравнительно плавно — многие десятки, а то и тысячи лет. Само магнитное поле окончательно не исчезнет, просто его общая интенсивность упадет и возникнет несколько пар полюсов. И озоновый слой мгновенно не пропадет. Плотная земная атмосфера продолжит защищать поверхность от большей части опасного излучения, а солнечный ветер создаст в ней дополнительное наведенное магнитное поле. Этих факторов достаточно, чтобы биосфера без серьезных потрясений пережила пару веков или тысячелетий, пока ядро планеты не придет снова в равновесие. Да, какие-то виды вымрут, но это и так происходит постоянно. А человечество нарастит производство солнцезащитных средств и станет меньше времени проводить на открытом воздухе.