اعتدنا أن نرى نتائج تفاعلات جوف الأرض تطفو إلى السطح على شكل براكين وزلازل وأمواج تسونامي وغيرها. اليومَ نشهد ظاهرة غير عادية لم تحصل خلال عشرات آلاف السنين: تدفُّقات مغناطيسية عملاقة شاذة تؤثر على الحقل المغناطيسي الذي ترتديه الكرة الأرضية، والذي يجعل الحياة ممكنة عليها.
ولطالما انبهر العلماء بظاهرة تأرجح أو انزياح القطب المغناطيسي الشمالي للأرض، وهو الموقع الذي يشير فيه الحقل المغناطيسي عمودياً للأسفل، ولكنهم بقوا عاجزين عن فهم سبب ذلك.
أما اليوم، فقد توصَّلت دراسات جديدة إلى أن القطب المغناطيسي الشمالي يبتعد عن موطنه التقليدي في القطب الشمالي الكندي ويتجه نحو سيبيريا بسبب تصادمٍ عنيفٍ بين تدفقين مغناطيسيين سلبيين على خط التماس بين “نواة الأرض الخارجية” وطبقة “الوشاح” على عمق 3 آلاف كيلومترات تقريباً تحت أقدامنا.

اكتُشف الحقل المغناطيسي للأرض لأول مرَّة عام 1831م على يد ضابط البحرية البريطاني يُدعى جيمس كلارك روس في شبه جزيرة بوثيا في إقليم نونافوت بكندا. ولم يطل الوقت حتى بدأ العلماء بقياس موقعه بعناية منذ ذلك الحين وحتى يومنا هذا. ولاحظوا باكراً أنه يتأرجح ذهاباً وإياباً بحدودٍ ضيقة.
لكن هذا التأرجح تحوَّل منذ بداية سبعينيات القرن الماضي إلى انزياحٍ من دون توقف نحو سيبيريا. وفي أواخر أكتوبر 2017م، عبر القطب المغناطيسي الشمالي “خط التاريخ الدولي” (خط افتراضي على الكرة الأرضية، منه يبدأ اليوم وإليه ينتهي ويمر على خط طول 180 درجة عند مدينة غرينتش البريطانية)، ويقترب الآن من “القطب الجغرافي” (أحد طرفي محور دوران الأرض).
لاحقاً، تمكَّن العلماء بواسطة أدلة جيولوجية من تسجيل تاريخ الانزياحات خلال الحقب التاريخية السحيقة، وعلموا أن القطبين قد انزاحا، بل وتبادلا الأماكن عدة مرَّات على مدار تاريخ الأرض الطويل. فأصبح القطب الشمالي هو الجنوبي والقطب الجنوبي هو الشمالي. لكن الأمر المختلف في هذا الانزياح الأخير هو سرعته مقارنة بسجله التاريخي.
وللمجال المغناطيسي أهمية قصوى للحياة على الأرض؛ لأنه يصد معظم الرياح الشمسية، التي تعرِّي جزيئاتها المشحونة طبقة الأوزون التي تحمي الأرض من الأشعة فوق البنفسجية الضارة. وعلى الرغم من أن هذا الانزياح لا يشكِّل خطراً على حياة الأفراد الصحية، لكنه قد يشكِّل في المستقبل مخاطرَ كبيرة على التقنيات الرقمية وأنظمة الملاحة المختلفة.

للمجال المغناطيسي أهمية قصوى للحياة على الأرض، لأنه يصد معظم الرياح الشمسية، التي تعرِّي جزيئاتها المشحونة طبقة الأوزون التي تحمي الأرض من الأشعة فوق البنفسجية الضارة.

البحث عن منشأه تحت الأرض
لفهم حركة الحقل المغناطيسي المحيط بكوكب لأرض لا بد من فهم تركيبها الداخلي الذي يتألَّف من ثلاث طبقاتٍ رئيسة:
1 – القشرة الخارجية، التي تتألف من صفائح تكتونية عديدة منفصلة، يتراوح سمكها بين 5 و70 كيلومتراً، وتعوم على طبقة الوشاح اللزجة.
2 – طبقة الوشاح، التي تتوسط نواة الأرض والقشرة الخارجية الرقيقة، وسماكتها حوالي 2900 كيلومتر. وتتراوح حرارتها بين 200 درجة مئوية عند ملامستها القشرة و4000 درجة عند ملامستها النواة.
3 – النواة، وتتألَّف من قسمين:

أ – النواة الداخلية، التي هي كرة معدنية صلبة ضخمة يبلغ قطرها حوالي 2400 كيلومتر. وبالرغم من أن حرارتها عالية جداً، حيث تماثل حرارة سطح الشمس، أي بين 5000 و7000 درجة، إلا أن الضغط العالي عليها يمنع معدنها من الذوبان.
ب – النواة الخارجية، سماكتها حوالي 2300 كلم، وتبلغ حرارتها بين 4000 عند ملامستها الوشاح و5000 درجة عند التماس مع النواة الداخلية، ومعادنها سائلة، حيث لا يوجد هناك ضغطٌ كافٍ لبقائها صلبة على الرغم من حرارتها العالية. وهي المسؤولة عن تكوُّن الحقل المغناطيسي للأرض بفعل تدفق تيارات المعادن السائلة التي تولد تيارات كهربائية.
استنتجت دراسات “المغناطيسية القديمة” لحمم الحقبة السحيقة المبكرة في أستراليا، أن الحقل المغناطيسي كان موجوداً منذ حوالي 3500 مليون سنة على الأقل. واعتقد العلماء سابقاً أن مصدر هذا الحقل هو النواة الداخلية المعدنية الضخمة التي تتصرَّف بالطريقة نفسها التي يتصرَّف بها قضيب ممغنط. ولكن في درجات الحرارة المرتفعة، تفقد المعادن خواصها المغناطيسية. لذا من الواضح أن نواة الكرة الأرضية المعدنية الساخنة بحد ذاتها ليست هي ما يولّد المجال المغناطيسي حول كوكبنا، بل هناك آلية أخرى أكثر ديناميكية.

تأثير الدينامو
يعرف العلماء اليوم أن المجال المغناطيسي للأرض بدأ بالتكوُّن عندما بدأت النواة الداخلية الحديدية السائلة تتصلب، ما أدَّى إلى إثارة الحديد السائل، المحيط بها في النواة الخارجية، الأمر الذي أدَّى بدوره إلى تدفُّق تيارات معدنية سائلة ولَّدت تيارات كهربائية قوية، جعلها دوران الأرض على محورها دوارةً، فولَّدت مجالاً مغناطيسياً يمتد بعيداً إلى الفضاء. وتُعرف هذه العملية بـ “تأثير الدينامو”.
إن كل تيارٍ كهربائيٍ دوار، ينشأ عنه مجال مغناطيسي. ويطلق العلماء على هذا التأثير تعبير “الجيودينامو”.
ولا بد من الإشارة هنا إلى أن الحقل المغناطيسي، الناتج عن الجيودينامو، مهم للغاية؛ للحفاظ على الغلاف الجوي للكرة الأرضية، لأنه يحميه من التسرب إلى الفضاء الخارجي، كما حدث على الأرجح للغلاف الجوي على كوكب المريخ. فالمريخ لا يحتوي على معدن سائل متدفق في قلبه، ولا ينتج بالتالي تأثير الدينامو نفسه. فأدى ذلك إلى أن تُرك الكوكب مع مجال مغناطيسي ضعيف للغاية، سمح بتجريده من الغلاف الجوي بسبب الرياح الشمسية.

في العصر البليستوسيني المبكر، بدأ الحقل المغناطيسي بالانزياح، وأخذ لاحقاً شكل القطبية الحالية المعكوسة عما كانت عليه قبل 780,000 سنة.

اكتشاف ديناميكية الحقل المغناطيسي
تمثل الإزاحة السريعة للحقل المغناطيسي مصدر قلق لكافة أنظمة الملاحة التي تعتمد على الحسابات الدقيقة لموقع القطب، مما أجبر مراكز البيانات الجيوفيزيائية في كافة أنحاء العالَم على مراجعة تحديثاتها المعتادة للنموذج المغناطيسي العالمي باستمرار. وربما تجبر، في المستقبل غير البعيد، الكثير من تقنياتنا الإلكترونية على سطح الأرض وفي المدارات على التكيف مع هذه التغيرات.
إن تثبيت فهمنا الدقيق لتاريخ هذه التغيرات مهمٌ للغاية. لكن كيف لنا أن نفهم تاريخ شيء لا يترك أثراً كما تترك جذوع الأشجار مثلاً علاماتٍ قويةً على أحوال المناخ، أو تآكل الكربون 14 لمعرفة عمر الصخور وغيرها؟
لحسن الحظ بالنسبة للجيولوجيين، يترك المجال المغناطيسي علامة لا تُمحى على قشرة الأرض: إذ تتجمد المعادن الممغنطة في مكانها داخل الصخور النارية الصلبة (صخور متكوِّنة من الصهارة البركانية المتبردة)، محافظة على وضعها واتجاهها الأساسي كما كانت في تلك الحقبة التاريخية، مما يوفِّر أدلة على اتجاه المجال المغناطيسي في ذلك الوقت قبل تبريدها. ولم تكن هذه الظاهرة معروفة قبل قرن.
ويمكننا أن نتخيل مفاجأة عالم الجيوفيزياء الفرنسي برنار برونيز، قبل اكتشاف هذه العلامات، عندما وجد في عام 1906م صخوراً بركانية ممغنطة في الاتجاه المعاكس لما يجب أن تكون عليه، ولم يجد تفسيراً لذلك. بعد هذا الاكتشاف، ظهرت فرضيات جيوفيزيائية تقول إن الحقل المغناطيسي لم يكن ثابتاً، لا بل كان في فترات تاريخية معكوساً.

كان أول من أثبت ذلك بعد عشرين عاماً، عالِم الجيوفيزياء الياباني موتونوري ماتوياما، الذي اختبر شكوك برونيز حين بدأ عام 1926م بجمع عيِّناتٍ من البازلت في منشوريا واليابان. وقدَّم أول دليل ملموس على أن مجالنا المغناطيسي متذبذب إلى حدٍّ ما، ولم يسر دائماً في الاتجاهات نفسها، وذلك عندما نشر عام 1929م ورقة تثبت أن هناك ارتباطاً واضحاً بين وضعية القطبية وتركيب طبقات الأرض. وأشار إلى أنه في العصر البليستوسيني المبكر، بدأ الحقل المغناطيسي بالانزياح، وأخذ لاحقاً شكل القطبية الحالية المعكوسة عما كانت عليه قبل 780000 سنة. وهذه الفترة التي يمتد تاريخها من 2.58 إلى 0.78 مليون سنة مضت، تسمى الآن “كرون ماتوياما المعكوس”. ويطلق على فترة الانتقال إلى القطبية الحالية لحقل الأرض بعد ذلك، أي الفترة من 780,000 سنة إلى وقتنا الحالي “انعكاس برونيز-ماتوياما” على أساس أن برونيز هو أول من لاحظ الشذوذ، وماتوياما من أثبته.

ما زلنا عُرضة للعواصف الشمسية التي يمكن أن تضر بمجتمعنا القائم على الكهرباء. إذا تعثر الحقل، فنحن نريد أن نعرف عنه قبل وقت طويل من حدوثه.

قبل هذا الاكتشاف، وعندما تم تحديد الموقع الدقيق لقطب الأرض المغناطيسي لأول مرَّة في عام 1831م، كان موقعه في الزاوية الكندية من القطب الشمالي، على شبه جزيرة بوثيا في إقليم نونافوت. وكان موقع القطب المغناطيسي الشمالي يتمايل بحدود ضيقة ذهاباً وإياباً كما أسلفنا. واعتقد العلماء في حينه أن هذا التمايل هو من طبيعته.
لكن بدءاً من سبعينيات القرن الماضي أصبح لديه اتجاهٌ وسيرٌ في خط مستقيم بسرعة متزايدة. وقد سَجلت مجموعات جديدة من القياسات هذا الانجراف الموضعي شمالاً بما معدله 15 كيلومتراً كل عام. ومنذ تسعينيات القرن الماضي، تضاعفت سرعة هذه الحركة أربع مرات، إلى معدّل حالي يتراوح بين 50 و60 كيلومتراً سنوياً. وفي عام 2017م، كان القطب الشمالي المغناطيسي قد أصبح على بعد 390 كيلومتراً من القطب الشمالي الجغرافي. وكانت الحركة سريعة للغاية، حتى إن المسح الجيولوجي البريطاني ومركز البيانات الجيوفيزيائية الوطني الأمريكي، اللذين يقومان بتحديث النموذج المغناطيسي العالمي، كان عليهما تسريع العمليات من أجل مواكبة ذلك.

أدلَّة غير كافية!؟
يقول عالِم الجيوفيزياء أندرو روبرتس من الجامعة الوطنية الأسترالية: “حتى مع المجال المغناطيسي القوي للأرض اليوم، ما زلنا عُرضة للعواصف الشمسية التي يمكن أن تضر بمجتمعنا القائم على الكهرباء. إذا تعثر الحقل، فنحن نريد أن نعرف عنه قبل وقت طويل من حدوثه. ولسوء الحظ، لا نعرف حقاً ما هي القرائن التي يجب البحث عنها. فالصخور النارية تقوم بعمل جيد لالتقاط التحركات الطويلة الأجل لاتجاه المجال المغناطيسي، ولكننا لا نستطيع غالباً رصد الحركات الدقيقة جداً المنعكسة على سطح الأرض”. لذلك، سعى روبرتس، جنباً إلى جنب مع فريق دولي من الباحثين، للحصول على مصدر أدق وأقصر مدى. ولم يطل البحث حتى وجدوا ضالتهم في أعماق كهف في مقاطعة قويتشو، جنوب غرب الصين، تحوي صواعد (رواسب كلسية متدلية) تحمل سجلاً مثالياً لما يريدونه. وقد نشروا نتائج أبحاثهم في مجلة الجامعة الوطنية الأسترالية 21 أغسطس 2018م.

هذه الصواعد، التي تحوَّلت إلى نوع من الصخور يبلغ طولها حوالي المتر، بدأت بالترسب لأول مرَّة منذ حوالي 107 آلاف سنة. وخلال الـ16 ألف سنة التالية، استمرت في تجميع طبقات من المعادن المذابة التي تضمَّنت مرّكباً حديدياً يسمى “ماغنيتايت”، مما يسجل معلومات مفيدة عن المجال المغناطيسي.
قُطِّعت الصواعد إلى أكثر من 190 عيِّنة تم تحليلها باستخدام مقياس مغناطيسي “تبريدي عميق” عالي الدقة، مما يوفِّر دقة على مدى قرن من اتجاه المجال المغناطيسي للأرض وقوته قبل 100 ألف سنة.
ومن بين عديد من الانزياحات الأصغر في القطبية، اكتشفوا انعكاساً سريعاً حصل قبل حوالي 98,000 سنة استمر لمدة قرن أو قرنين، قبل الانزلاق مرَّة أخرى إلى ما كان عليه.
بالمقاييس الجيولوجية، هذا التغير قصير بشكل مثير للصدمة، ويمكن أن يشير إلى أن أي تغييراتٍ كبيرة على غلافنا الواقي ستكون مفاجِئة ولن تأتي مع كثير من التحذير. ويقول روبرتس: “يقدِّم السجل رؤى مهمة حول سلوك المجال المغناطيسي القديم، الذي تبيَّن أنه يتغير بسرعة أكبر بكثير مما كان يُعتقد سابقاً. في مساره الحالي، يمكننا أن نتوقَّع أن يكون في أي مكان بين 390 و660 كيلومتراً على طول رحلته خلال عشر سنوات، مما يجعله داخل الحدود الشمالية لبحر سيبيريا الشرقي”.

على الرغم من أن بإمكاننا توقُّع أن يستمر القطب في الانزياح لفترة أطول قليلاً، إلا أنه لا يُخبرنا بدقة عن المكان الذي سيتوقف عنده، أو متى سيتوقف، أو متى قد يعود. وذلك لعدم معرفتنا الكافية عما يجري بدقة أكبر داخل أحشاء كوكبنا.

سبب الانزياح
لن تكون الأدلة المهمة الموصوفة سابقاً صلبةً وكافيةً لأخذ الاحتياطات اللازمة، ما لم تتوفر فعلاً فكرة قوية عن الآليات المادية وراء هذه الإزاحة، مما يسمح بتنبؤات دقيقة للحركات المغناطيسية للكوكب.
للوصول إلى هذا الهدف، استعرض علماء الأرض فيليب ليفرمور وماثيو بايليف من جامعة ليدز في المملكة المتحدة، وكريستوفر فينلي من الجامعة التقنية في الدانمارك، 20 عاماً من البيانات المغناطيسية الأرضية من الأقمار الاصطناعية للبعثة التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية. ووجدوا أن هناك تنافساً وتصادماً بين تدفقين مغناطيسيين مختلفين على شكل طفرتين أو فقاعتين عملاقتين من المعادن المنصهرة واحدة بالقرب من كندا والثانية بالقرب من سيبيريا.
وتبيَّن أنه بين عامي 1970 و1999م، ظهر تغيرٌ في التفاعلات بين طبقة الوشاح اللزجة المتدفقة ونواة الأرض الصلبة والكثيفة، مما أوجد هاتين الطفرتين اللتين كانتا واحدة. وبسبب هذه التغيرات، يقول الباحثون، فإن الطفرة المغناطيسية التي كانت كامنة تحت كندا تمددت ببطء، وفي نهاية المطاف، انقسمت إلى قسمين وانزاح القسم الأقوى ببطء نحو الشمال. ووجد الباحثون أنه في الفترة من 1999 إلى 2019م، بينما كانت الطفرة الواقعة لجهة كندا تضعف، تكثفت الثانية الواقعة لجهة سيبيريا، مما حفز القطب الشمالي المغناطيسي على الانزلاق أقرب وأقرب إلى سيبيريا، حيث كانت القوة المغناطيسية أكبر.
ولفهم إلى أين يمكن أن يصل هذا الانزياح في المستقبل، أنتج العلماء سلسلة من النماذج لحركة نواة الأرض. وقال المؤلف الرئيس للدراسة، الجيوفيزيائي فيل ليفرمور من جامعة ليدز، لـ “لايف ساينس 12 مايو 2020م: “توقعاتنا هي أن القطب سيستمر في التحرك نحو سيبيريا، لكن التنبؤ بالمستقبل صعب ولا يمكننا التأكد”.
كما أشار الباحثون في تقريرهم الذي نشر مؤخراً في مجلة “نيتشر جيوساينس” 5 مايو 2020م: “ينمو هذان الشذوذان المغناطيسيان ويتقلصان بمرور الوقت، ولهما تأثير عميق على المجال المغناطيسي الذي نراه على السطح. إن معرفة كيف يتحركان لها أهمية خاصة”.
وعلى الرغم من أن بإمكاننا توقُّع أن يستمر القطب في الانزياح لفترة أطول قليلاً، إلا أنه لا يخبرنا بدقة عن المكان الذي سيتوقف عنده، أو متى سيتوقف، أو متى قد يعود. وذلك لعدم معرفتنا الكافية عما يجري بدقة أكبر داخل أحشاء كوكبنا.