KATASTROFA W OSŁONIE MAGNETYCZNEJ

KATASTROFA W OSŁONIE MAGNETYCZNEJ

NIESPODZIEWANE ODKRYCIE • SPÓR O SKUTKI

Odkrycie powolnych zmian ukierunkowania magnetyzmu "zamrożonego" w dawnych warstwach skalnych oraz faktu, że zmiany te przebiegały w różnych częściach świata odmiennie – było dopiero pierwszą niespodzianką, jaką ze sobą przyniósł nowy kierunek badań paleomagnetyzmu. Drugie odkrycie było jeszcze bardziej frapujące W pewnym sensie stanowi ono przeciwieństwo omawianych dotąd stanów faktycznych. W odróżnieniu od nich bowiem druga niespodzianka polegała na odkryciu, że niezależnie od następujących stopniowo zmian ukierunkowania zakrzepłego w skałach skamieniałego magnetyzmu – najwidoczniej w dużych odstępach czasu musiało dochodzić również do zwrotów nagłych. Im głębiej badania sięgały w przeszłość, to znaczy, im głębiej drążono w wulkanicznych złożach dla zdobycia materiału doświadczalnego, tym częściej natrafiano i na ów drugi typ przeobrażeń. Przeciętny odstęp pomiędzy takimi dwoma zwrotami zdaje się wynosić kilkaset tysięcy do miliona lat, ślady ich są identyczne, a sprawdzić je można na całej Ziemi, we wszystkich próbkach skalnych pochodzących z tego samego okresu.

Owa druga niespodzianka miała charakter jeszcze o wiele bardziej tajemniczy. Nie jest ona zresztą do tej pory całkowicie rozszyfrowana, mimo że coś zaczynamy już w tej sprawie pojmować. Wzmiankowany "zwrot" kierunku na-magnetyzowania, który – jak wykazują paleomagnetyczne dane – widocznie musiał następować zawsze jednocześnie na całej Ziemi w taki sam sposób – wynosił bowiem stale dokładnie 180 stopni. Oznacza to, że zdarzenia pozostawiające owe paleomagnetyczne ślady polegać musiały na występującym nagle "przebiegunowaniu" całego ziemskiego pola magnetycznego. Formułując inaczej: obecny (magnetyczny) biegun północny wcale nie musiał zawsze być północnym biegunem Ziemi. I rzeczywiście jest nim nawet dopiero od stosunkowo bardzo niedawna, bo dopiero od mniej więcej 700000 lat. Przed tymi czasy był on biegunem południowym – igła kompasu wskazywałaby więc wówczas na południe – a biegun pomocny położony był na Antarktydzie. Stan ten wprawdzie trwał też tylko 300000 lat. Jeszcze przedtem bowiem dzisiejszy biegun północny kiedyś był już także północnym, aczkolwiek tylko na okres zaledwie 100000 lat, bo wprzódy przez prawie milion lat był biegunem południowym. Według wszelkiego prawdopodobieństwa ciąg dalszy jest taki sam, im dalej wchodzimy w przeszłość. W odstępach nieobliczalnych, wynoszących najmniej jakieś 100000 lat, rzadko kiedy więcej niż milion lat, ziemskie pole magnetyczne stale od nowa się "przebiegunowywało", z bieguna pomocnego robił się biegun południowy i odwrotnie.

Nie może być żadnej wątpliwości co do samego faktu; paleomagnetyczne ślady zawarte w badanych skałach udzielają o tym informacji jednoznacznych, zgodnych wszędzie na całej Ziemi. Natomiast jak sobie zjawisko to tłumaczyć – co do tego nie stać nas było zrazu nawet na domysły i hipotezy. Odkrycie było tak niespodziewane, że zaskoczyło całkowicie nie przygotowany doń świat fachowców. Tym bardziej zaczęto więc zastanawiać się nad skutkami, które za każdym razem dla warunków na powierzchni naszej planety pociągać musiał za sobą nowo odkryty fenomen powtarzającego się przebiegunowania ziemskiego pola magnetycznego.

Teraz jesteśmy znowu w centrum naszego toku myślowego. W czasie gdy geofizycy pierwszy raz natknęli się na zjawisko przebiegunowania ziemskiego pola magnetycznego, sprawa dwóch pasów promieniowania van Allena oraz objawiające się istnieniem tych pasów ochronne działanie ziemskiej magnetosfery w stosunku do twardej części promieniowania słonecznego, to jest do "wiatru słonecznego", którym zajmowaliśmy się bardzo szczegółowo – była już dobrze znana. Nic więc dziwnego, że natychmiast postawiono sobie pytanie, jakie mogły być skutki przebiegunowania zachodzącego w dalekiej przeszłości Ziemi dla pasów promieniowania i całej magnetosfery, a tym samym dla całego już podówczas na Ziemi rozwijającego się życia. "Nagle" jest naturalnie pojęciem względnym. Wiadomo było z góry, że przebiegunowanie Ziemi nie mogło nastąpić tak raptownie jak zapalenie czy zgaszenie lampy. Ogromne przestrzenie, nad którymi rozciąga się magnetosfera, oraz nie mniej ogromne masy we wnętrzu Ziemi, których ruch jest przez tę magnetosfera wywoływany i utrzymywany – czynią z procesu zamiany bieguna północnego na południowy zdarzenie, które musiało trwać – na nasze pojęcia – nawet stosunkowo bardzo długo. Z jakiejś przyczyny wnętrze Ziemi musiało

zrazu zaprzestawać spełniania funkcji prądnicy, po czym podejmowało funkcję tę ponownie, czego skutkiem było ponowne powstanie pola magnetycznego. Dopóki nie wiemy jednoznacznie, jakie czynniki mogą taki proces wywołać, musimy chwilowo liczyć się także z możliwością, że w przeszłości ziemskie pole magnetyczne załamywało się o wiele częściej, aniżeli nam dotychczas wiadomo. W pewnym stopniu wydaje się prawdopodobne, że działo się to dokładnie dwa razy częściej, niż w tej chwili sądzimy. Paleomagnetyczne ślady bowiem informują nas tylko o faktycznie powstałych przebiegunowaniach.

Tymczasem jest nie tylko możliwe, ale ze statystycznego punktu widzenia prawdopodobne, że po zaniku pole magnetyczne Ziemi nie odbudowywało się za każdym razem w kierunku przeciwnym. W sytuacji takiej za każdym razem istniała równie wielka szansa na to, żeby po tym wszystkim biegun północny położony był znowu tam, gdzie się już poprzednio znajdował. Stąd też nasuwa się nieodparcie myśl, że do tej pory udowodnione przebiegunowania stanowią w rzeczywistości tylko mniej więcej połowę przypadków, w których Ziemia przejściowo musiała się obywać bez osłony swego pola magnetycznego.

Powróćmy do zagadnienia, jak długo za każdym razem trwać mogły owe "bezosłonowe" fazy. Wobec wszystkich braków naszej wiedzy o powstaniu pola magnetycznego nie można się dziwić, że oceny naukowców w tej sprawie bardzo się od siebie różnią. Ale nawet najwięksi optymiści przyznają, że co najmniej tysiąc lat musiało za każdym razem upłynąć, zanim po wygaśnięciu i odbudowie ziemskiego pola magnetycznego od nowa utworzyła się chroniąca osłona magnetosfery. Oznacza to, że co najmniej przez taki czas życie na powierzchni Ziemi musiało być narażone na odpowiednio zwiększone działanie wiatru słonecznego. Pomimo że ten okres tysiąca lat z perspektywy trwania naszego własnego życia zdaje nam się ogromny, geofizycy słusznie mówią w tym wypadku o "nagle" występującej zmianie. Interwały te są wszak oddzielone okresami setek tysięcy albo nawet i miliona lat, w których pole magnetyczne pozostawało niezmiennie stabilne. Niektórzy geofizycy liczą się ze znacznie większymi przerwami pola magnetycznego. Oceny sięgają 10000 lat. W rozmaitych publikacjach natrafiamy najczęściej na sformułowanie "od 2000 do 5000 lat". Co najmniej więc przez okres tysiąca lat Ziemia w czasie swoich dotychczasowych dziejów pozostawała bez pasów promieniowania i bez magnetycznej chroniącej ją osłony. Jakie były tego konsekwencje?

Od czasu odkrycia omawianego tu zdumiewającego zjawiska toczą się między naukowcami na ten temat ożywione dyskusje; długo pozostawały one nie rozstrzygnięte, aż wreszcie w ostatnich dwóch latach opublikowano nowe odkrycia, które chyba położyły kres wszelkim sporom. Jedna ze stron zakładała, że w fazie zmiany bieguna skutki dla wszystkich form życia istniejących na powierzchni ziemskiej musiały być wręcz radykalne. Przedstawiciele tej grupy od samego początku reprezentowali nawet pogląd, że wymarcie całych gatunków zwierząt – co jest zjawiskiem powtarzającym się w ciągu całej historii Ziemi, bezspornie udowodnionym, a do tej pory nie wyjaśnionym w sposób przekonywający – można by przypisać tym powtarzającym się zanikaniem magnetycznej osłony ochronnej.

Partia przeciwna uważała to za czarnowidztwo. Stała ona na wręcz odmiennym stanowisku twierdząc, że przejściowy brak magnetosfery pozostał praktycznie bez znaczenia pod względem biologicznym. Na poparcie tego poglądu można było rzeczywiście przytoczyć bardzo poważny argument: a mianowicie argument ziemskiej atmosfery. W odróżnieniu od warunków na przykład na Księżycu w wypadku Ziemi magnetosfera rzeczywiście nie jest jedynym wałem ochronnym przeciwko wiatrowi słonecznemu, bezsprzecznie zagrażającemu życiu w wolnym Wszechświecie. Nawet bardzo bogate w energię cząstki składające się na wiatr słoneczny spotykają się z elastycznym buforem w postaci warstwy powietrznej unoszącej się kilkadziesiąt kilometrów nad powierzchnią Ziemi; w tym buforze powietrznym cząstki owe prędzej czy później grzęzną. Stopień statystycznego prawdopodobieństwa, że taka pojedyncza cząstka wypuszczana na nas przez Słońce z tysiąckrotną szybkością dźwięku przedrze się aż do powierzchni ziemskiej i do znajdujących się na niej organizmów – obliczyć można na podstawie gęstości, wysokości i składu naszej atmosfery oraz gęstości, składu i prędkości wiatru słonecznego. Prawdopodobieństwo to jest rzeczywiście znikome. Zjawisko zórz polarnych rozświtających na wysokości 80 i więcej kilometrów stanowi konkretny dowód prawidłowości tego obliczenia. Zorza, polarna powstaje przez zderzenie bogatych w energię cząstek wiatru słonecznego z najwyższymi warstwami atmosfery. Nawet zatem w rejonach biegunowych, nad którymi osłona magnetyczna zawsze jest "dziurawa", prawie wszystkie nadlatujące ze Słońca protony i elektrony już na tej wysokości nad powierzchnią naszej planety zatrzymują się w ziemskim buforze powietrznym.

Wydawałoby się więc w pierwszej chwili, jakoby sporny temat tylu dyskusji był załatwiony tym jednym argumentem (a zarazem jakoby znaczenie przypisywane dotąd przez nas ochronnej funkcji ziemskiej magnetosfery zostało bezgranicznie przecenione). Jednakże sytuacja jest nieco bardziej zawikłana. Nikt bowiem, nawet żaden przedstawiciel "teorii katastrof", nigdy nie zakładał ani nie twierdził, że wiatr słoneczny bombarduje powierzchnią ziemską jak gdyby czymś w rodzaju "śmiertelnego promieniowania" i zabija żyjące na niej zwierzęta. Prawdziwe niebezpieczeństwo ma swe źródło raczej w tak zwanym promieniowaniu wtórnym i nie na tym polega, że poszczególne istoty żyjące giną w większej lub mniejszej liczbie wskutek promieniowania, lecz na tym, że zakłóceniu ulega równomierny przebieg ewolucji biologicznej. Wyrażając to samo inaczej: żadna żywa istota nie ulega sama zagładzie, natomiast istniejące gatunki zostają nagle narażone na niebezpieczeństwo wymarcia. W następnym rozdziale musimy się nieco bliżej przyjrzeć, jak może do tego dojść.