Aardmagnetisch veld krijgt kosmische straling te verduren

Wetenschap volgt ompoling sinds 1831: Noordpool sprint naar het zuiden

Al duizenden jaren tolt de magnetische noordpool rond in hetzelfde gebied, maar nu trekt hij in een recordtempo naar het zuiden. Dit kan een ompoling inluiden die tot ziekten en rampen kan leiden.

Al duizenden jaren tolt de magnetische noordpool rond in hetzelfde gebied, maar nu trekt hij in een recordtempo naar het zuiden. Dit kan een ompoling inluiden die tot ziekten en rampen kan leiden.

Shutterstock

Artsen opereren in het donker en zonder machines, terwijl om hen heen patiënten sterven. Overal vallen koelkasten uit, stoplichten doven en treinen staan stil. Chaos legt de stedelijke infrastructuur lam en veroorzaakt stroomstoringen.

Dit scenario heeft zich nog niet voorgedaan, maar zou zomaar kunnen optreden als het aardmagnetisch veld wegvalt.

Britse en Deense wetenschappers hebben nu 30 jaar van satellietwaarnemingen geanalyseerd om na te gaan of de polen van plaats verwisselen, wat we ompoling noemen.

Tot 1990 was de snelheid matig met zo’n 15 kilometer per jaar, maar tussen 1990 en 2005 schoot de noordpool met 50-60 kilometer per jaar in de richting van Siberië, en die koers houdt aan. De poolmigratie heeft het magnetisch schild van onze planeet al 10 procent verzwakt.

Tussen 1990 en 2005 is de noordpool met 50-60 kilometer per jaar naar Siberië opgeschoven.

Als dit zo doorgaat en de polen van plaats veranderen, raakt het aardmagnetisch veld verstoord. Hierdoor zullen elektriciteitsnetten en moderne technologie uitvallen en komen er duizenden gevallen van melanoom bij, een kankersoort die toe kan slaan als straling onbelemmerd toegang tot de aarde heeft.

Rivieren dansen in ijzeren kern

Het aardmagnetisch veld vormt een enorm schild dat de planeet beschermt tegen kosmische straling en gevaarlijk uv-licht, en blijft op zijn plaats door een magnetische zuid- en noordpool. De verklaring daarvoor moeten we in de aardkern zoeken.

Op 3000 kilometer diepte ontstaat het aardmagnetisch veld in de vloeibare, buitenste ijzeren kern van de planeet. Die omgeeft de binnenkern, waar het ijzer vast is door de enorme druk.

De 6000 °C hete binnenkern zendt stromen vloeibaar ijzer door de buitenkern heen. Die stromen koelen af naarmate ze de laag boven de vloeibare kern naderen: de mantel. Daardoor wordt het ijzer zwaarder en zakt het terug. Door de aardrotatie worden de ijzermassa’s voortdurend aan het kolken gebracht.

Bewegende en elektrisch geleidende materialen brengen elektrische stromen teweeg, wat ook geldt voor de ijzerrivieren in de buitenkern, die het aardmagnetisch veld creëren.

© Claus Lunau

Vloeibaar ijzer beschermt de aarde

Het aardmagnetisch veld ontstaat in het buitenste, vloeibare deel van de aardkern. Hier wekken bewegingen in het metaal elektrische stromen op die het magneetveld vormen. Zonder dat zou de planeet weerloos zijn tegen schadelijke ruimtedeeltjes.

Het magnetisch veld werkt als een staafmagneet die dwars door de aarde is geslagen. De ijzerstromen creëren een magnetische noord- en zuidpool, en de veldlijnen die ze voortbrengen, vormen een soort schild. Die veldlijnen zouden eruitzien als twee grote halve bollen rond de aarde.

Het magnetisch schild is het sterkst rond de evenaar en het zwakst aan de polen, waar elektrisch geladen deeltjes van de zonnewind en kosmische stralen de atmosfeer binnendringen en poollicht veroorzaken.

Maar soms worden de polen door de turbulente ijzerstromen in de buitenkern op drift gebracht, waardoor de magnetische noord- en zuidpool van plaats kunnen wisselen.

Instorting kan stroomnet vernielen

De afgelopen 83 miljoen jaar heeft de aarde 183 ompolingen meegemaakt. De laatste vond 786.000 jaar geleden plaats – wat eerst de noordpool was, werd de zuidpool en vice versa.

Onze voorouders overleefden dat, maar onze hightech maatschappij is kwetsbaar. Het zwakke magnetische schild laat meer kosmische straling door, die het elektriciteitsnet kan platleggen, satellieten kan laten kantelen, het luchtverkeer kan hinderen en alle elektronische communicatie kan verstoren.

Noordpool sprint naar het zuiden
© Shutterstock

Noordpoolsprint kan ompoling inluiden

Sinds 1990 trekt de magnetische noordpool in een recordtempo naar het zuidoosten. Nieuw onderzoek toont aan dat groeiende magnetische velden onder Siberië de pool naar zich toe trekken. Die beweging kan een voorbode zijn van een ompoling.

Het uitvallen van onze elektronica is echter lang niet het enige gevaar van een ompoling. Zonder magnetisch veld neemt het risico op kanker aanzienlijk toe, en we zouden bijna evenveel kosmische straling te verduren krijgen als astronauten in de ruimte.

Bij een volledige ompoling blijven de magnetische polen gemiddeld 200.000-300.000 jaar in hun nieuwe positie. Geologen hebben dit ontdekt door de magnetische oriëntatie van vulkanisch gesteente te meten, waarin is vastgelegd hoe het aardmagnetisch veld eruit heeft gezien toen de lava uit de bodem opwelde.

Bij een ompoling keert niet alleen het magnetisch veld in de buitenste, vloeibare ijzerkern om, maar ook het veld in de vaste binnenkern. Daardoor worden de polen in hun nieuwe positie vergrendeld en kan het magnetisch veld op krachten komen. Het probleem doet zich niet voor wanneer de polen van plaats zijn verwisseld, maar in de aanloop daarnaartoe.

De laatste tijdelijke ompoling duurde circa 1500 jaar, terwijl een volledige ompoling gewoonlijk 7000 jaar duurt. Dat is een eeuwigheid vanuit menselijk perspectief.

Zelfs kleine verstoringen van het magnetisch veld, die slechts een voorbode van een ompoling zijn, kunnen catastrofale gevolgen hebben.

Hierbij verandert het magnetisch veld alleen in de buitenkern, waardoor de polen naar de evenaar trekken in een chaotische dans en er verscheidene kleine noord- en zuidpolen tegelijk kunnen zijn. Het gevolg is dat de veldsterkte, en daarmee de bescherming tegen straling uit de ruimte, daalt tot nog geen tiende van normaal.

De magnetische polen kunnen zelfs kortstondig van plaats wisselen, waarna het onveranderlijke veld in de vaste binnenkern van de aarde het evenwicht herstelt en de polen weer terugbrengt. Dit gebeurde ook bij een tijdelijke ompoling zo’n 42.400 jaar geleden.

Kauriboom gaf gedetailleerd inzicht

In die tijd ontkiemde een majestueuze kauriboom op het noordereiland van Nieuw-Zeeland. In 1700 jaar werd hij 30 à 40 meter hoog. Toen viel hij om en zonk hij in een moeras.

Het zuurstofarme water conserveerde de 60 ton zware stam, tot het gebied enkele jaren geleden werd afgegraven om de fundering voor een elektriciteitscentrale te leggen.

Kauriboom

In een moeras in Nieuw-Zeeland is een kauriboom geconserveerd die 1700 jaar lang groeide terwijl de magnetische polen omwisselden en terugkeerden.

© Jonathan Palmer

Analyses van de jaarringen van de reuzenboom hebben voor het eerst tot in detail inzichtelijk gemaakt hoe het leven op aarde tijdens de laatste tijdelijke ompoling abrupt veranderde.

Hieruit blijkt dat de wereld ruimschoots de tijd moet krijgen om zich voor te bereiden op een enorme toename van kosmische straling uit de ruimte en van schadelijke ultraviolette straling van de zon.

Dat het magnetisch schild instortte tijdens de ompoling van 42.400 jaar geleden, weten we dankzij radioactief koolstof-14, dat in de bovenste atmosfeer ontstaat als luchtmoleculen worden getroffen door elektrisch geladen ruimtedeeltjes. Naarmate het magnetisch schild afzwakt, neemt de productie van koolstof-14 in de atmosfeer toe, en planten als de kauriboom slaan die op.

In acht eeuwen tijd, toen de magnetische polen naar de evenaar dansten, daalde de kracht van het aardmagnetisch veld tot 6 procent van de huidige veldsterkte.

Er vielen gaten in het magnetisch schild dat mensen, dieren en planten beschermt tegen straling van zonne- en ruimtedeeltjes, en kosmische straling stroomde de atmosfeer in. De ozonlaag werd afgebroken, waardoor ladingen uv-straling konden doordringen tot het aardoppervlak.

De straling was zo sterk dat het poollicht tot de subtropen reikte.

Magneetschild wordt bestookt door straling
© ESA/Shutterstock

Ompoling leidt tot kanker en chaos

Een ompoling zoals 42.400 jaar geleden zal kosmische straling de atmosfeer in laten, waardoor de ozonlaag wordt aangetast en het klimaat verandert. De elektronische communicatie zal er ernstig onder lijden en er zullen veel ziekten uitbreken.

De straling veranderde de windsystemen. En het klimaat deed mee: het werd kouder in Noord-Amerika, warmer in Europa en Azië, en kurkdroog in Australië, waar de reuzenbuideldieren en -vogels uitstierven.

De ultraviolette straling piekte tussen de evenaar en 40 graden zuider- en noorderbreedte – dus aan de mediterrane kusten van Europa. Wetenschappers hangen dan ook de theorie aan dat de moderne mens naar Noord-Europa is gemigreerd wegens de verslechterende omstandigheden in Afrika en de hoge dosis straling rond de Middellandse Zee. Volgens hen heeft dit onze voorouders geholpen om de Neanderthalers te verdringen.

Kunst siert grotten

Vanwege het risico om te verbranden door de sterke ultraviolette straling tijdens de ompoling hebben onze voorouders wellicht ook veel meer dan voordien beschutting gezocht in grotten, want het aantal grotschilderingen nam in die periode in grote delen van de wereld explosief toe.

Een van de meest voorkomende motieven is een handafdruk van rode oker.

Onderzoeken door een internationaal team van wetenschappers onder leiding van Alan Cooper van het South Australian Museum in Adelaide duiden erop dat de mensen uit die tijd oker gebruikten om zich te beschermen tegen verbranding door het sterke ultraviolette zonlicht, dat ook huidkanker kan veroorzaken.

Oker wordt in zuidelijk Afrika nog steeds gebruikt als alternatief voor zonnebrandcrème.

In de 500 jaar daarop, toen de magnetische noordpool op de zuidpool lag en andersom, kon het magnetisch schild zich tot op zekere hoogte herstellen, waarna het weer verzwakte gedurende een paar tumultueuze eeuwen toen de polen terugkeerden naar hun huidige locatie.

Maar nu de polen zich weer roeren, onderzoeken Philip Livermore en Matthew Bayliff van de Britse universiteit van Leeds en Christopher Finlay van DTU Space in Denemarken of we een dans zoals 42.400 jaar geleden kunnen verwachten of een volledige ompoling – en een totaal armageddon.

Vlucht naar Siberië

Het antwoord is te vinden in de ijzeren rivieren op 3000 kilometer diepte, maar helaas kunnen geofysici de magnetische omstandigheden daar niet rechtstreeks meten. Daarom brengen ze met satellieten het magnetisch veld aan het aardoppervlak in kaart en rekenen ze naar binnen toe.

Ze verwachten dat de magnetische noordpool zijn spurt zal voortzetten en dat de pool nog eens 390-600 kilometer naar het zuidoosten zal opschuiven, maar sluiten niet uit dat de beweging na enkele decennia zal omkeren.

Als de vlucht van de noordpool een volledige of tijdelijke ompoling inluidt, kunnen de gevolgen catastrofaal zijn.

42.400 jaar geleden vielen er door de verhoogde kosmische straling tijdens de poolmigraties gaten in de ozonlaag van de atmosfeer, die mensen, dieren en planten beschermt tegen schadelijke ultraviolette straling van de zon.

Normaal absorbeert de ozonlaag hoog in de atmosfeer veel warmte van de ultraviolette straling van de zon, maar de afbraak van de ozonlaag veroorzaakte hevige klimaatveranderingen.

De bovenste lagen van de atmosfeer koelden af, waardoor windpatronen wereldwijd veranderden.

Maar misschien hebben we net zo veel mazzel als de dinosauriërs. Tijdens hun hoogtijdagen, van 124 tot 83 miljoen jaar geleden, waren er geen ompolingen.

Hoe dan ook, als zich een nieuwe ompoling voordoet, moeten we niet alleen onszelf beschermen, maar ook onze op elektronica gebaseerde technologie, die door kosmische straling vernietigd kan worden. In dat geval moeten techgiganten maar ook ziekenhuizen voorbereid zijn.