Tại sao từ trường Trái Đất đảo ngược?

Trái Đất, hành tinh đá chứa nước lỏng, là nơi lý tưởng để sự sống sinh sôi phát triển vì nhiều lý do. Trái Đất nằm ở khoảng cách thích hợp từ sao chủ để nước lỏng tồn tại trên bề mặt hành tinh. Lực hấp dẫn của những hành tinh khác bảo vệ địa cầu khỏi nguy cơ va chạm với thiên thạch lang thang. Từ trường bao quanh Trái Đất cũng cung cấp rào chắn bảo vệ sự sống khỏi các hạt tích điện bắn qua không gian, theo Space.

Từ trường của Trái Đất được tạo bởi dòng vật chất kim loại nóng chảy phức tạp ở lõi ngoài của hành tinh. Dòng vật chất này chịu ảnh hưởng từ cả vòng quay của Trái Đất và sự tồn tại của lõi sắt rắn. Kết quả là một từ trường hai cực có trục nằm thẳng hàng với trục quay của hành tinh. Ẩn trong thành phần hóa học của đá cổ đại là bằng chứng cho thấy từ trường Trái Đất là một hiện tượng thay đổi năng động. Khi dung nham nguội đi, những khoáng chất sắt trong đó nằm thẳng hàng với từ trường Trái Đất, tương tự kim la bàn chỉ về hướng bắc.

Từ trường Trái Đất thay đổi theo khoảng thời gian rất ngắn và cực dài, từ vài mili giây tới vài triệu năm. Tương tác của từ trường với hạt tích điện trong vũ trụ có thể thay đổi nó trong thời gian ngắn, trái lại sự rối loạn từ trường trong thời gian dài hơn gây ra bởi những quá trình trong lõi ngoài lỏng của Trái Đất.

Dưới tác động từ chuyển động chất lỏng bên trong Trái Đất, quá trình đảo ngược của trường địa từ có thể chia thành 3 giai đoạn. Ở giai đoạn phân rã của từ trường, cường độ của từ trường sẽ yếu dần và hướng của nó sẽ trở nên hỗn loạn hơn. Tiếp theo, trôi cực từ là quá trình cực từ của Trái Đất bắt đầu lệch khỏi vị trí hiện tại và di chuyển theo hướng ngược lại. Quá trình tái tạo cực từ là giai đoạn từ trường mới bắt đầu được thiết lập, các cực từ cuối cùng đạt đến vị trí ngược với trước đó.

Nghiên cứu trạng thái trước đây của từ trường cho thấy có hai trạng thái phân cực có thể tồn tại. Ở trạng thái bình thường hiện nay, các đường sức từ có chiều đi ra từ cực Bắc và đi vào cực Nam. Trạng thái đảo cực cũng có thể xảy ra và ổn định không kém. Nghiên cứu cổ địa từ chỉ ra hiện tượng đảo cực của từ trường Trái Đất không mang tính định kỳ và không thể dự đoán, chủ yếu do cơ chế tạo ra nó. Theo nhà địa vật lý Leonardo Sagnotti, dòng kim loại lỏng (phần lớn là sắt nóng chảy) ở lõi ngoài của Trái Đất rất hỗn loạn và thay đổi thất thường. Sự đảo cực từ xảy ra trong thời kỳ cường độ địa từ trường thấp và cấu trúc từ trường không ổn định.

Thời kỳ đảo vị trí của cực từ kéo dài vài nghìn năm. Khi từ trường sắp đảo cực, nó ở trạng thái yếu đi, dẫn tới khí quyển Trái Đất tiếp xúc nhiều hơn với gió mặt trời và tia vũ trụ ở dạng hạt tích điện. Nghiên cứu gần đây chỉ ra trong sự kiện đảo cực từ Laschamps cách đây 41.000 năm, lượng tia vũ trụ truyền tới khí quyển Trái Đất trên toàn cầu cao gấp 3 lần so với ngày nay.

Đối với nền văn minh nhân loại, điều đáng lo ngại không phải thay đổi của cực từ mà là thời kỳ cường độ địa từ trường suy giảm. Xã hội hiện đại ngày càng phụ thuộc vào công nghệ. Số lượng lớn hạt tích điện bay vào từ quyển ở độ cao gần mặt đất hơn sẽ ảnh hưởng tới an ninh, liên lạc, cơ sở hạ tầng điện, vệ tinh và phi hành gia sinh sống ở quỹ đạo thấp của Trái Đất. Đặc biệt, do bản chất ngẫu nhiên của biến động từ trường, giới nghiên cứu không thể dự đoán chính xác khi nào điều này sẽ xảy ra.

An Khang (Theo Space)