Могут ли люди каким-либо образом повлиять на то, произойдет ли и когда произойдет переворот магнитного полюса?

Я утверждаю, что это невозможно — не в следующем столетии и, возможно, никогда, если только мы не захотим пожертвовать обитаемостью.

Я немного скептически отношусь к возможности разворота с помощью внешнего магнитного поля. Имеются убедительные доказательства того, что мантия может вести себя подобно полупроводнику, а это означает, что изменения во временных масштабах от месяцев до лет значительно защищены ( Керри, 1967 ). Другими словами, чтобы каким-либо образом воздействовать на ядро ​​через магнитное поле, вам, вероятно, потребуется поддерживать сильное внешнее поле в течение десятилетий, что было бы чрезвычайно сложно сделать; требуемая энергия будет не малой. Если вы способны преодолеть это, то отлично, но это кажется сложной задачей, если мы ограничены технологиями следующего столетия.

(Имейте в виду, что мы имеем дело с токами порядка$I\sim10^8$Ампер , что примерно на четыре порядка выше силы тока при ударе молнии . Учитывая размер ядра Земли, плотность тока невелика, но я хочу отметить, что здесь мы действительно играем с огнем.)

Были утверждения, что другие явления вызывали инверсию геомагнитного поля в прошлом , и эти механизмы, возможно, заслуживают изучения. Учитывая, что поток в ядре хаотичен , вполне возможно, что относительно небольшие возмущения потока, такие как шлейфы, торчащие из мантии, могут вызвать изменение направления. Тогда вопрос в том, как мы можем этого добиться. Заманчиво предположить событие столкновения или что-то подобное ( Muller & Morris 1986 ), хотя требуемое воздействие было бы абсолютно разрушительным для людей, поэтому, возможно, было бы лучше избежать этого. Попытка изменить тектонику плит, чтобы повлиять на субдукцию, также, кажется, попадает в категорию событий «Пожалуйста, не делайте этого».

И последнее замечание: у нас нет ни глубокого понимания геомагнитных инверсий, ни феноменальной картины деталей динамо-процессов, действующих в ядре. Отчасти поэтому я так осторожно отношусь к возможности успешного влияния на сложнейшие процессы, происходящие в центре планеты.

Магнитное поле Земли создается электрическим самоподдерживающимся током в расплавленном ядре Земли (динамо). Если вы приложите огромное магнитное поле к круговому току (к поверхности, которую он окружает), ток изменится на противоположное, поскольку реакция на магнитное поле, которое вы создали, появится внутри. Поле должно увеличиваться в том же направлении, что и внутреннее магнитное поле Земли. Ток будет реагировать на увеличение магнитного потока уменьшением его силы и даже обратным направлением при дальнейшем увеличении поля. Поле, обусловленное током, тогда противоположно его прежнему направлению. Затем вы должны медленно изменить внешнее поле (намного медленнее, чем первоначальное увеличение). Это приведет к тому, что поле из-за тока останется прежним (гистерезис). Таким образом, вы получаете перевернутое магнитное поле, созданное человеком.

Я могу придумать несколько возможностей, которые могут стать осуществимыми в следующем столетии.

Сброс ядерного реактора в ядро ​​Земли. Большой, очень горячий ядерный реактор мог бы проплавить кору и мантию вплоть до ядра. Реактор может быть спроектирован так, чтобы нацеливаться на конкретное место назначения во внешней активной зоне, которое будет выбрано на основе подходящих измерений и моделирования. По прибытии он резко увеличит свою выходную мощность. Тепло разрушит динамо-машину, которая управляет магнитным полем Земли, что вызовет инверсию геомагнитного поля.

Сколько ядерного топлива потребуется? В качестве оценки порядка величины мы можем предположить, что реактор должен будет производить около 50 ТВт (приблизительный общий тепловой поток от недр Земли к поверхности) в течение десятилетия, чтобы иметь значительный эффект. Для этого нужно было сжечь около

топлива. В настоящее время в мире производится около 60 000 тонн природного урана в год. Хотя только около 0,7% этого урана представляет собой делящийся изотоп урана-235, хорошо спроектированный реактор на быстрых нейтронах может преобразовать (большую часть) оставшегося урана-238 в делящийся плутоний-239, а затем сжечь его. Так что это кажется трудным, но потенциально выполнимым, особенно если предположить некоторые технологические достижения в следующем столетии.

Создание очень большого сверхпроводящего магнита. Петля из сверхпроводящего провода, опоясывающая всю планету, может генерировать магнитное поле, достаточно сильное, чтобы напрямую противодействовать естественному полю ядра.

Сколько сверхпроводящего провода нам понадобится? Предположим, нам нужно создать поле в 1 гаусс в центре контура тока. Это примерно вдвое превышает силу естественного магнитного поля планеты, поэтому этого должно быть достаточно, чтобы изменить направление поля. Требуемый ток будет около

Предположим, что мы строим магнит из диборида магния, сверхпроводника с достаточно высокими характеристиками, который можно изготовить из общедоступных элементов. Если принять плотность тока$500 \text{ kA/cm}^2$, что является заявленной критической плотностью тока для образца высококачественного объемного диборида магния, провод должен иметь площадь поперечного сечения$0.2 \text{ m}^2$. Поскольку плотность диборида магния составляет около$2.6 \text{ g/cm}^3$, общая масса требуемого сверхпроводника будет около

Ежегодно в мире в настоящее время производится около миллиона тонн магния и несколько миллионов тонн боратов. Преобразование всего этого сырья в сверхпроводящий диборид магния и создание подходящей системы охлаждения было бы сложным и очень дорогим. Но если бы мы действительно хотели это сделать, века было бы более чем достаточно.

Генерация большого электрического тока в магнитосфере. Вместо того, чтобы строить новый сверхпроводящий магнит, мы могли бы воспользоваться большим телом проводящей плазмы, которое уже существует вокруг Земли: магнитосферой. Опять же, достаточно большой электрический ток (около$10^9$ампер) может генерировать магнитное поле, достаточно сильное, чтобы уравновесить естественное поле и вызвать эффективную инверсию геомагнитного поля.

Существует несколько способов создания электрических токов в плазме. Например, можно использовать антенную решетку для передачи радиоволн параллельно существующему магнитному полю . Волны поглощаются затуханием Ландау , что создает силу, приводящую в движение электрический ток. Когда генерируемый ток становится большим, направление общего магнитного поля меняется. Затем можно переместить антенную решетку для передачи параллельно новому направлению поля и продолжать процесс до тех пор, пока поле полностью не изменится.

Можем ли мы таким образом создать достаточно сильное течение? Трудно точно оценить требуемую мощность, так как многие процессы в магнитосферной плазме носят нелинейный характер. Нам определенно нужно что-то большее, чем HAARP , но, возможно, не намного больше. Солнечного ветра (десятки гигаватт) достаточно, чтобы управлять кольцевым током около 10 мегаампер, несмотря на очень низкий КПД. Таким образом, может быть достаточно хорошо спроектированной антенной решетки космического базирования на высокой орбите (для более низкого удельного сопротивления плазмы) с общей мощностью передачи в несколько гигаватт.