Cực Bắc từ của Trái Đất
Trong thực tế có tám loại cực Bắc, nhưng người ta quan tâm đến 3 loại, là Cực Bắc Địa lý (điểm cực bắc của trục quay tưởng tượng của Trái Đất), Cực Bắc từ (đầu bắc của kim la bàn từ hóa thường chỉ vào; nó không trùng với Cực Bắc Địa lý, nhưng đủ gần cho việc điều hướng) và Cực Bắc Địa từ (các dòng điện được tạo ra bởi các dòng đối lưu của các kim loại nóng chảy chuyển động tạo ra từ trường của Trái Đất, cường độ thay đổi theo từng nơi dưới lòng đất).
Cực Bắc từ của Trái Đất, nơi các đường sức từ đi vào Trái Đất vuông góc với bề mặt địa cầu, là một vị trí không cố định. Nhà triết học người Anh William Gilbert lần đầu tiên tính toán sự tồn tại của Cực Bắc từ vào năm 1590. Đến năm 1831, Sĩ quan Hải quân Anh James Clark Ross trở thành người đầu tiên trên thực tế tiếp cận nó. Cho đến năm 1898, Cực Bắc từ đã uốn khúc qua các hòn đảo và đường thủy ở bắc Canada.
Cực Bắc từ và Cực Bắc Địa lý lệch nhau 11,5 độ; Nguồn: popularmechanics.com
Nhưng kể từ năm 1898, nó di chuyển theo hướng Bắc-Tây Bắc. Tốc độ di chuyển vào đầu thế kỷ 20, khoảng 5 dặm/năm; đến cuối những năm 1940, Cực Bắc từ đã di chuyển khoảng 400 km về phía Tây Bắc và từ năm 1970 - bắt đầu di chuyển nhanh hơn. Hiện nay, Cực Bắc từ di chuyển khoảng 25 dặm/năm; từ những năm 1990, nó đã di chuyển khoảng 970 km và nằm ở giữa Bắc Băng Dương.
Tính đến tháng 2/2019, nó ở tọa độ 86,54 °Bắc, 170,88 °Đông trong vùng biển Bắc Cực. Cực Bắc từ sẽ di chuyển sang Đông Bán cầu về phía Siberia của Nga. Chẳng bao lâu nữa, nó sẽ ở tọa độ 86,471 °Bắc và 178,755 °Tây, cách Cực Bắc Địa lý chưa đầy 212 hải lý. Thật kỳ lạ khi cực Nam của Trái Đất không hề xoay chuyển, có vị trí tương đối ổn định. Cực Nam từ cũng không trùng với cực Nam Địa lý, hồi tháng 2/2019 nó nằm ở vị trí 64,13 °Nam, 136,02 °Đông ngoài khơi biển Nam Cực.
Theo dõi chuyển động trong lõi Trái Đất
Các nhà khoa học chưa lý giải được tại sao từ trường của hành tinh, vốn bảo vệ Trái Đất khỏi những cơn gió Mặt Trời chết chóc, tiếp tục dịch chuyển và thay đổi, mặc dù lý thuyết hiện có dựa trên hiệu ứng Barnett-Einstein đã hoạt động khá hiệu quả trong vài thập kỷ. Có ý kiến cho rằng, lý do Cực Bắc từ di chuyển khoảng 25 dặm mỗi năm là do động đất, dao động điện trong vành đai bức xạ Van Allen, tầng điện ly và từ quyển, nhưng phần lớn là do cấu trúc vật lý bên trong hành tinh của chúng ta.
Từ trường của hành tinh xanh được tạo ra sâu bên trong lõi của Trái Đất, cách mặt đất khoảng 3.200km. Nó là một khối kim loại nóng chảy và luôn xoay tròn trong lõi của Trái Đất. Những thay đổi trong dòng chảy kim loại đó sẽ làm thay đổi các đường sức từ của Trái Đất và cực từ nơi chúng hội tụ. Có giả thiết cho rằng, xung động địa từ của năm 2016 ở Nam Mỹ dẫn đến sự thay đổi cấu trúc từ trường của Trái Đất, là nguyên nhân. Từ trường của Trái Đất tồn tại nhờ vào niken lỏng và sắt trong lõi ngoài của hành tinh, cách bề mặt khoảng 1.800 dặm.
Các nhà khoa học tin rằng tốc độ di chuyển tăng lên của Cực Bắc từ có thể báo hiệu các giai đoạn đầu của sự đảo ngược trường địa từ, trong đó các Cực Bắc và Nam từ sẽ lật và đổi chỗ cho nhau. Họ cho biết, ít nhất 184 lần đảo ngược trường địa từ đã xảy ra trong 83 triệu năm qua, khoảng từ 100.000 đến 1 triệu năm một lần, và những lần đảo ngược này thường cần từ 1.000 đến 10.000 năm để hoàn thành. Sự đảo hoàn chỉnh và lâu dài cuối cùng đã xảy ra cách đây 786.000 năm, và nó có thể xảy ra trong khoảng thời gian của một đời người.
Một sự đảo ngược ngắn đã xảy ra cách đây 41.000 năm trong Kỷ Băng hà, nhưng nó chỉ kéo dài "440 năm" trước khi hoàn nguyên. Các yếu tố kích hoạt giả thuyết của sự đảo ngược trường địa từ định kỳ này là các sự kiện tác động cấp độ tuyệt chủng ngoài Trái Đất, các phiến đá có kích thước bằng lục địa chìm vào khu vực giữa lớp phủ và lõi bên ngoài lỏng, các vụ kiến tạo mảng lớn, … làm suy yếu từ trường của Trái Đất, khiến cho việc sắp xếp lại các trường dễ xảy ra hơn, thậm chí dẫn đến đảo ngược trường địa từ.
Kể từ những năm 1900, Cực Bắc từ đã dịch chuyển về phía Bắc; Nguồn: oceannavigator.com.
Cực Bắc từ dịch chuyển khiến Mô hình Từ tính Thế giới (World Magnetic Model - WMM) theo dõi trường và thông báo cho la bàn, GPS trên điện thoại thông minh và hệ thống định vị trên máy bay và tàu hoạt động không chính xác. Theo truyền thống, WMM được cập nhật 5 năm một lần, vì sự di chuyển cực trong khoảng thời gian này là khá dễ đoán. Những điều chỉnh cuối cùng được thực hiện vào năm 2015.
Cục Bắc từ rất quan trọng đối với các mô hình điều hướng
Cũng như quân đội châu Âu và Mỹ, các hãng hàng không thương mại và ứng dụng GPS trên điện thoại thông minh cũng dùng hệ thống định vị dựa vào WMM để giúp người dùng xác định vị trí của họ và điều hướng phù hợp. Đó là lý do tại sao Cơ quan Khảo sát Địa chất Anh và Cơ quan Khí quyển và Đại dương Quốc gia (Mỹ) cập nhật WMM 5 năm một lần.
Mặc dù vậy, ngày 4/2/2019, họ đã phải cập nhật mô hình này trước thời hạn do các chuyển động của Cực Bắc từ đang diễn ra quá nhanh. Việc cập nhật là cần thiết để hệ thống GPS trên smartphone, điều hướng máy bay, tàu thuyền và các thiết bị dò đường của quân đội có thể hoạt động chính xác nhất.
Các tác giả của một nghiên cứu mới đã có được ý tưởng về lý do tại sao Cực Bắc từ có thể di chuyển - và đang tìm cách dự đoán sự thay đổi này. Các bản đồ mới cũng thể hiện Cực Bắc từ dịch về phía Đông kinh tuyến gốc (chạy qua Đài quan sát Hoàng gia ở Greenwich, Anh) kể từ tháng 9/2029 trở đi.
Nhưng ngay cả với những bản cập nhật định kỳ này, các hiện tượng giật địa từ cũng khiến việc giữ cho mô hình chính xác trở nên khó khăn. Và điều này đòi hỏi phải đưa ra một số sửa đổi nhất định cho tất cả các hệ thống định vị - từ GPS đến Google Maps trên điện thoại thông minh.
Một số người suy đoán rằng, sự kiện đảo ngược từ trường Trái Đất đã xảy ra quá lâu; những thay đổi Cực Bắc từ gần đây có thể là dấu hiệu của một thảm họa nào đó liên quan đến từ trường sắp xảy ra. Nếu mất từ trường, chúng ta sẽ mất bầu khí quyển. Nhưng điều đó cực kỳ khó xảy ra, vì lõi Trái Đất sẽ không ngừng quay.
Hệ thống GPS đã thay thế hầu hết thiết bị truyền thống, nhưng nhiều người vẫn thường phải dùng đến la bàn để định hướng như trong các trường hợp ở dưới mặt nước hay dưới mặt đất nơi mà không thể liên lạc được với các vệ tinh GPS.
Hiện giờ chưa ai biết liệu hai cực từ của Trái Đất sẽ đổi chỗ cho nhau hay từ trường sẽ trở lại ổn định như trước. Cả hai trường hợp đều từng xảy ra trong lịch sử và không ảnh hưởng gì nhiều đến các loài sinh vật. Tuy vậy, các hệ thống định vị hiện đại dựa vào Cực Bắc từ và sẽ phải hiệu chuẩn lại nếu như các cực tiếp tục dịch chuyển./.
