Завъртайки се около твърдото вътрешно ядро на нашата планета, на повече от 1800 мили под повърхността, горещото течно желязо генерира магнитно поле, което се простира отвъд атмосферата. Това поле ни предоставя всичко - от посоките на компаса до защитата от космически лъчи, така че не е изненада, че учените бяха тревожни по-рано тази година, когато забелязаха, че северният магнитен полюс бързо се отклонява към Сибир. Докато геофизиците се надпреварваха да пуснат актуализиран модел на магнитното поле на Земята преди петгодишния си график, мигриращият полюс постави спешен въпрос: подготвя ли се магнитното поле на Земята да се обърне?
Магнитното състояние на нашия свят непрекъснато се променя, като магнитният северен и южен полюс се скита с няколко градуса всеки век или около това. Понякога магнитното поле изпитва пълно обръщане на полярността, което кара магнитния северен и южен полюс да превключва на места, въпреки че никой не знае какво точно причинява този обрат. (Всъщност северният полюс на планетата е магнитен южен полюс в момента, но все още се нарича "магнитен север", за да съответства на нашите географски измервания.)
В проучване, публикувано днес в Science Advances, изследователите съобщават за нова прогнозна времева линия на последното обръщане на полярността, наречено обръщане на Брунс-Матуяма, случило се преди около 780 000 години. Използвайки комбинация от проби от лава, океански утайки и ледени ядра, те успяха да проследят развитието на това обръщане и да покажат, че моделът му е по-дълъг и сложен от предложените от предишните модели. Резултатите биха могли да дадат възможност за по-добро разбиране на това как се развива магнитната среда на нашата планета и да се надяваме, че ще направят прогнози за следващите големи смущения.
„[Обръщане на полярността] е едно от малкото геофизични явления, които са наистина глобални“, казва Брад Сингър, професор по геология в Университета на Уисконсин - Медисън и водещ автор на изследването. „Това е процес, който започва в най-дълбоките части на Земята, но той се проявява в скали по цялата повърхност на планетата и въздейства на атмосферата по доста важни начини. … Ако успеем да установим хронология за времето на обръщане, имаме маркери, които можем да използваме за датиране на скали по цялата планета и познаваме общи времеви точки около цялата Земя. “
Генерирането на магнитното поле на Земята започва от самия му център. Топлината от твърдото вътрешно ядро, произведено чрез радиоактивен разпад, затопля околното течно желязо, карайки го да циркулира като съд с вода върху печката. Движението на течността или конвекцията на желязото създава електрически ток, който генерира магнитно поле. Докато Земята се върти, магнитното поле грубо се изравнява с оста на въртене, създавайки магнитния северен и южен полюс.
През последните 2, 6 милиона години магнитното поле на Земята прелиства 10 пъти и почти се прелиства повече от 20 пъти по време на събития, наречени екскурзии. Някои изследователи смятат, че обръщането на полярността се причинява от нарушаване на баланса между въртенето на Земята и температурата в ядрото, което променя движението на течността на течното желязо, но точният процес остава загадка.
Схематична илюстрация на невидимите линии на магнитното поле, генерирани от Земята, представени като диполно магнитно поле. В действителност магнитният ни щит е притиснат по-близо до Земята от страната на Слънцето и изключително удължен откъм нощта поради слънчевия вятър. (Питър Рийд / НАСА) Сингър и колегите му получиха по-точни хронологични оценки за последното обръщане на полярността, като използват нови техники за датиране на втвърдена лава. Базалтовата лава, която изригва около 1100 градуса по Целзий (2012 градуса по Фаренхайт), съдържа магнетит, железен оксид, чиито най-външни електрони се ориентират по земното магнитно поле. Когато лавата се охлади до 550 градуса по Целзий (1022 градуса по Фаренхайт), „посоката на намагнитване се блокира, буквално изпечена в потока“, казва Сингър. В резултат историята на магнитното поле се отпечатва във втвърдената лава, която Сингър и неговият екип могат да прочетат, използвайки специализиран процес за измерване на изотопите на аргон на разпадащите се проби от лава.
За съжаление на геолозите (но за щастие и на останалите от нас), вулканите не изригват през цялото време, което прави лавата забележим рекордьор на еволюцията на магнитното поле. За да съчетаят липсващите дати, изследователският екип комбинира новите измервания от седем различни източници на лава по света с минали записи на намагнетизирани елементи в океански седименти и антарктически ледени ядра. За разлика от лавата, океанът осигурява непрекъснат запис на намагнетизация, тъй като зърна от магнитен материал постоянно се заселват на морското дъно и се привеждат в съответствие с полето на планетата. „Но тези записи стават гладки и се деформират чрез уплътняване и има много същества, които живеят на дъното на морското дъно… така че записът малко се унищожава“, казва Сингър.
Антарктическият лед предлага трети начин за разрешаване на историята на магнитното поле на Земята, тъй като съдържа проби от изотоп на берилий, който се образува, когато космическото излъчване силно взаимодейства с горната атмосфера - точно това се случва, когато магнитното поле отслабва по време на екскурзия или обръщане.
Комбинирайки и трите от тези източници, изследователите закърпиха една цялостна история за това как се е развило магнитното поле по време на последното му обръщане. Докато предишните проучвания предполагаха, че всички обръщания преминават през три фази във времеви период, не по-дълъг от 9 000 години, екипът на Сингър откри много по-сложен процес на обръщане, който отне 22 000 години.
„Можем да видим много повече нюанси на мазането и намаляването на силните страни и насоченото поведение през този период от 22 000 години от всякога”, казва Сингър. "И не съвпада с [трифазния] модел ... така че мисля, че ще трябва да се върнат към чертожната дъска."
Констатациите поставят под въпрос дали бъдещите полеви обръщания ще проявяват подобни тънкости и продължителност. „Това е важен документ, тъй като документира нови вулканични данни и обединява вулканични и седиментни записи, отнасящи се до нестабилност на геомагнитното поле преди последното обръщане на полярността“, казва Джеймс Чанел, геофизик от Университета във Флорида, който не е участвал в новото изследване, в имейл. „Дали тази нестабилност преди обръщане е характерна за всички промени в полярността? Засега няма доказателства за това от по-стари промени. “
Коаутор на изследването Роб Коу и Тревър Дуарте, ориентиращи ядра от лава на потока от място, записвайки матуялната полярност на Matuyama-Brunhes в Национален парк Халеакала, Хавай, през 2015 г. (Брад Сингър) Дори и при трите набора от измервания, остава въпросът дали историята на кръстосаната връзка предоставя достатъчно информация за това колко време отнема обръщането и точно в какво състояние е полето, когато се появят такива флипове. „Докато нито един пълен запис не показва доказателства за сложната последователност на събитията, които са изобразени от авторите, не съм убеден, че несигурността във вековете ни позволява да открием повече от две различни фази“, казва Жан-Пиер Валет, геофизик от Парижкия институт по земна физика, който не е участвал в изследванията, в имейл. Валет също поставя под въпрос продължителността на обръщането, като твърди, че несигурността в данните предполага, че целият процес би могъл да варира от 13 000 години до 40 000 години - все още по-дълъг от предишните оценки.
Научаването на повече за процесите, които водят до преобръщане на полярността, може да бъде от решаващо значение за бъдещите цивилизации, тъй като изместващото се магнитно поле може да има далечни ефекти върху планетата.
„Когато [магнитното] поле е слабо, което е по време на обръщане, основното диполно поле се срива до нещо от порядъка на десет процента от неговата нормална сила“, казва Сингър. Този срив може да създаде проблеми за живота на Земята, тъй като магнитното поле стабилизира озоновите молекули, предпазвайки планетата от ултравиолетово лъчение. Сингър посочва, че скорошната работа предполага, че съвременните хора са пригодени да имат защитни гени, след като неандерталците са страдали от радиация по време на екскурзия, която е влошила магнитното поле.
„От доста време се дискутира дали магнитните обръщания влияят върху битата в повърхността на Земята“, казва той. „Повечето от ранните твърдения са някак глупави, тъй като хронологията не е била достатъчно добра, за да се знае, че откриването на фосили на неандерталци например е свързано с екскурзия. Но сега знаем тези тайминги много по-добре. "
През последните 200 години или повече, магнитното поле на Земята се разпада със скорост от пет процента всеки век. Ако това отслабване и скорошната миграция на северния магнитен полюс са показателни за обръщане на навигационното поле, това може да има сериозни последици за технологиите, които разчитат на спътници, които могат да бъдат повредени от космическото излъчване. Въпреки това, Сингър предупреждава, че обрат не може да се случи през следващите няколко хилядолетия.
"Това, което виждаме сега, когато северният полюс се движи бързо, това всъщност е съвсем нормално", казва Сингър. „Има документи, публикувани там, базирани на много по-бедни записи от тези, с които работим, които предполагат, че преобръщане може да се случи за по-малко от човешки живот, а това просто не се поддържа от огромното мнозинство от записи. … Действителното преобръщане, окончателното преобръщане, отнема няколко хиляди години. ”
Това би трябвало да закупи човечеството известно време, за да защити по-добре своите технологии от радиация чрез следващото преобръщане. Дотогава не се тревожете, ако компасът ви се измести с градус или две.
