Magneettiset navat ja kentän hitaat muutokset

Magneettisilla navoilla kenttä on pystysuorassa: vapaasti liikkuva kompassineula osoittaisi siis suoraan alas- tai ylöspäin. Dipolikentässä napoja on kaksi, ja ne sijaitsevat likimain vastakkaisilla puolilla maapalloa.

Pohjoisella pallonpuoliskolla sijaitseva magneettinen napa on fysikaalisesti magneettinen etelänapa, koska sen kohdalla magneettiset kenttäviivat osoittavat alaspäin. Sekaannusten välttämiseksi siitä käytetään kuitenkin usein nimitystä pohjoinen magneettinapa. Vastaavasti eteläisen pallonpuoliskon napa on magneettisilta ominaisuuksiltaan pohjoisnapa, ja sitä kutsutaan eteläiseksi magneettinavaksi.

Magneettisten napojen sijainti

Missä sitten ovat nuo magneettiset navat? Pohjoinen magneettinen napa löydettiin vuonna 1831. Sen paikansi skottilainen tutkimusmatkaaja James C. Ross etsiessään luoteisväylää Kanadan pohjoisessa saaristossa. Vastaava eteläinen napa löytyi vuosikymmentä myöhemmin Etelänapamantereen rannikolta Australian Tasmanian saaren eteläpuolelta, missä Rossin toinen retkikunta teki tutkimuksiaan.

Rossin löytämä pohjoinen magneettinapa sijaitsi Boothian niemimaalla paikassa 70,1 astetta pohjoista leveyttä (N) ja 96,9 astetta läntistä pituutta (W), eli suunnilleen yhtä pohjoisessa kuin Utsjoki Suomessa. Matkaa maantieteelliselle pohjoisnavalle oli sieltä siis yli 2000 km. Rossin jälkeen magneettinen napa sai olla kaikessa rauhassa vuosikymmeniä, kunnes kuuluisa norjalainen löytöretkeilijä R. Amundsen, luoteisväylän löytäjä, paikansi sen uudelleen vuonna 1904. Napa haarukoitiin paikkaan, joka poikkesi muutamia kymmeniä kilometrejä Rossin mittauksista.

Kolmannen kerran pohjoisella magneettinavalla käytiin vasta toisen maailmansodan jälkeen vuonna 1948. Tutkijoiden hämmästykseksi napa ei kuitenkaan sijainnut Rossin tai Amundsenin osoittamassa paikassa, vaan melkein 500 km pohjoisempana Walesin prinssin saarelta. Kanadan Geologian tutkimuskeskus, joka oli napamääritykset tehnyt, otti tehtäväkseen seurata tuon alati liikkeessä olevan navan retkiä. Onhan jonkinlainen kanadalaisten kansallinen tehtävä olla selvillä, missä heidän valtakuntansa alueelle joutunut magneettinen napa milloinkin sijaitsee.

Magneettisen navan liikkuma-alue Kanadan arktisessa saaristossa on kuitenkin ihmiselle sen verran vaikeakulkuista ja ilmastoltaan vihamielistä seutua, ettei sinne aivan joka vuosi kannata mennä. Magneettisia naparetkikuntia on varustettu suunnilleen kerran vuosikymmenessä vuosina 1962, 1973, 1984, 1994 ja viimeksi 2001. Magneettisella navalla kävi vuonna 1981 myös suomalainen retkikunta harjoittelemassa maantieteellisen pohjoisnavan valloitusta.

Mittaukset osoittavat, että pohjoinen magneettinapa liikkuu vuosittain 30–40 km pohjoiseen. Se on edennyt Rossin ajoista paikkaan 80,7° N, 109,1° W sijaiten likimain yhtä pohjoisessa kuin Huippuvuorten pohjoisrannikko. Matkaa napa on taittanut reilussa 170 vuodessa yli 1000 km. Kanadan Kuningatar Elisabethin saariston Ellef Ringnesin saarella oli kunnia olla vielä muutama vuosi sitten navan isäntänä, mutta nyt se on Pohjoisen jäämeren saarettomalla alueella liikkuen kohti pohjoista. Navan liike on kiihtynyt niin, että viimeksi kuluneen 20 vuoden aikana se on kilometreissä mitattuna liikkunut yhtä pitkän matkan kuin sitä edeltävänä sadan vuoden aikana.

Eteläinen magneettinapa on ollut huomattavasti laiskempi liikkeissään kuin pohjoinen kumppaninsa. Tosin eteläisen navan ympäristö on vielä vaikeapääsyisempi kuin pohjoisen, joten siellä on käyty vain muutamia kertoja. Näin kaikkia eteläisen magneettinavan harharetkiä ei tunneta, mutta sekin on liikkeessä kaiken aikaa. Tutkijat otaksuvat, että molemmat navat liikkuvat pitkin ellipsimäistä rataa kiertoajan ollessa muutamia tuhansia vuosia. On voitu myös osoittaa, että välistä navat vaihtuvat, ts. pohjoisnapa muuttuu etelänavaksi ja päinvastoin. Tällainen vaihdos tapahtuu keskimäärin pari kertaa miljoonassa vuodessa, viimeksi n. 700 000 vuotta sitten. Muutostapahtuma kestää muutamia kymmeniä tuhansia vuosia, jona aikana Maan magneettikentässä voi olla useita napoja.

Miksi magneettiset navat liikkuvat?

Mikä sitten liikuttaa magneettisia napoja? Syynä ovat maapallon nesteytimen virtaukset, jotka muistuttavat maanpäällisten valtamerien merivirtoja. Nesteytimen tapauksessa meriveden tilalla on tulikuumaa sulaa rauta-nikkelilientä, jonka liikkeistä geomagneettinen kenttä syntyy ydinnesteeseen muodostuvan sähkövirran vaikutuksesta. Nämä sähkövirrat kiertävät ytimessä sellaista säännöllistä reittiä, että niiden tuottama magneettisuus havaitaanmaanpinnalla kaksinapaisena magneettikenttänä. Nesteytimen virtauksien ja magneettikentän sähkömagneettisissa vuorovaikutusprosesseissa magneettikenttä muuttuu koko ajan hitaasti mutta varmasti.

Näin siis magneettisten napojen liike ja yleensä magneettikentän muutokset maanpinnalla kertovat välillisesti nestytimessä tapahtuvista muutoksista. Tietoja tarvitaan tutkittaessa maapallon sisäosien geofysikaalisia ominaisuuksia ja niiden muutoksia. Magneettikentän sisäsyntyistä hidasta muutosta sanotaan sekulaarimuutokseksi, ja se pysyy vuodesta toiseen suunnilleen samana.

Maan magneettikentän vaihteluja seurataan jatkuvasti magnetometreillä geofysikaalisissa observatorioissa, joita maapallolla on toiminnassa noin 150. Suomessa niitä on kaksi: Ilmatieteen laitoksen Nurmijärven geofysiikan observatorio sekä Oulun yliopiston Sodankylän geofysiikan observatorio. Nurmijärven observatorio on toiminut yhtäjaksoisesti vuodesta 1953 lähtien. Itse asiassa koko Ilmatieteen laitos sai alkunsa geomagnetismista: laitos perustettiin vuonna 1838 magneettiseksi observatorioksi, jonka tehtäviin kuuluivat myös meteorologiset mittaukset.

Eranto

Maapallon magneettikenttä pitää suunnassaan kompassineuloja. Kompassia käyttävän suunnistajan kannalta on tärkeää tietää magneettikenttään perustuvan suunnistuslaitteensa eranto, eli kuinka monta astetta kompassin osoittama suunta poikkeaa todellisesta pohjoissuunnasta. Ilmatieteen laitos on Suomessa ainoa viranomaistaho, joka tietää miten kompassineulat suuntautuvat eri puolilla Suomea ja minkälaisia muutoksia erantolukemissa on vuodesta toiseen. Tämä tieto on annettu maastokarttojen ja merikorttien reunassa kompassiruusun muodossa.