Vroče tekoče železo, ki se vrti okoli trdnega notranjega jedra našega planeta, več kot 1800 milj pod površjem, ustvarja magnetno polje, ki se razteza zunaj ozračja. To polje nam ponuja vse, od smeri kompasa do zaščite pred kozmičnimi žarki, zato ne preseneča, da so bili znanstveniki v začetku tega leta zaskrbljeni, ko so opazili, da severni magnetni pol hitro pluje proti Sibiriji. Medtem ko so se geofiziki lotili izdajanja posodobljenega modela zemeljskega magnetnega polja pred petletnim razporedom, je selitveni pol postavil nujno vprašanje: Ali se Zemljino magnetno polje pripravlja na prelet?
Magnetno stanje našega sveta se nenehno spreminja, pri čemer se magnetni severni in južni pol vsako stoletje sprehaja za nekaj stopinj. Občasno magnetno polje doživi popoln preobrat polarnosti, zaradi česar se magnetni severni in južni pol preklopi na mesta, čeprav nihče ne ve natančno, kaj povzroča ta preobrat. (Pravzaprav je severni pol planeta trenutno magnetni južni pol, vendar ga še vedno imenujemo "magnetni sever", da ustreza našim geografskim meritvam.)
V današnji študiji, objavljeni v Science Advances, raziskovalci poročajo o novi ocenjeni časovni premici zadnjega preobrata polarnosti, imenovanem preobrat Brunhes-Matuyama, ki se je zgodil pred približno 780.000 leti. S kombinacijo vzorcev lave, oceanskih sedimentov in ledenih jeder so lahko spremljali napredek tega preobrata in dokazali, da je bil njegov vzorec daljši in bolj zapleten, kot so predlagali prejšnji modeli. Ugotovitve bi lahko omogočile boljše razumevanje, kako se razvija magnetno okolje našega planeta, in upamo, da vodijo napovedi za naslednje večje motnje.
"[Obračanje polaritete] je eden redkih geofizičnih pojavov, ki je resnično globalen, " pravi Brad Singer, profesor geoznanosti na univerzi Wisconsin-Madison in glavni avtor študije. "To je postopek, ki se začne v najglobljih delih Zemlje, vendar se manifestira v skalah po celotni površini planeta in vpliva na ozračje na zelo pomembne načine. … Če lahko določimo kronologijo za čas preobrata, imamo označevalce, s pomočjo katerih lahko datiramo kamenje po vsem planetu in poznamo skupne časovne točke po celotni Zemlji. ”
Generacija zemeljskega magnetnega polja se začne v samem središču. Toplota iz trdnega notranjega jedra, ki nastaja z radioaktivnim razpadom, ogreva okoliško tekoče železo, zaradi česar kroži kot lonček vode na štedilniku. Gibanje tekočine ali konvekcija železa ustvarja električni tok, ki ustvarja magnetno polje. Ko se Zemlja vrti, se magnetno polje v grobem poravna z osjo vrtenja, kar ustvarja magnetni severni in južni pol.
V zadnjih 2, 6 milijona let se je Zemljino magnetno polje vrtelo 10-krat in skoraj več kot 20-krat preletelo med dogodki, imenovanimi izleti. Nekateri raziskovalci menijo, da preobrat polarnosti povzroča motnja v ravnovesju med vrtenjem Zemlje in temperaturo v jedru, kar spreminja gibanje tekočega železa, vendar natančen postopek ostaja skrivnost.
Shematski prikaz nevidnih magnetnih polj, ki jih ustvari Zemlja, predstavljenih kot dipolno magnetno polje. V resnici je naš magnetni ščit stisnjen bližje Zemlji na sončni strani in je zaradi sončnega vetra na nočni strani izredno podolgovat. (Peter Reid / NASA) Pevec in sodelavci so dobili natančnejše kronološke ocene za zadnji preobrat polarnosti z uporabo novih tehnik za datiranje utrjene lave. Bazaltska lava, ki izbruhne okoli 1100 stopinj Celzija (2.012 stopinj Farenhejta), vsebuje magnetit, železov oksid, katerega najbolj zunanji elektroni se orientirajo vzdolž Zemljinega magnetnega polja. Ko se lava ohladi na 550 stopinj Celzija (1022 stopinj Fahrenheita), se "smer magnetiziranja zaklene in dobesedno zavre v tok, " pravi Singer. Kot rezultat tega se zgodovina magnetnega polja vtisne v utrjeno lavo, ki jo je Singer in njegova ekipa lahko prebrala s pomočjo specializiranega postopka za merjenje izotopov argona razpadlih vzorcev lave.
Na žalost geologov (vendar na srečo za nas ostale) vulkani ne izbruhnejo ves čas, zaradi česar je lava opazen vodja evolucije magnetnega polja. Da bi sestavili manjkajoče datume, je raziskovalna skupina nove meritve iz sedmih različnih virov lave združila s preteklimi zapisi magnetiziranih elementov v oceanskih sedimentih in na antarktičnih ledenih jedrih. Za razliko od lave, ocean zagotavlja neprekinjen zapis magnetizacije, saj se zrna magnetnega materiala nenehno naselijo na morskem dnu in se prilagajajo polju planeta. "Toda ti zapisi postanejo gladki in deformirani s stiskanjem, in na dnu morskega dna živi veliko dejavnikov ... zato se zapis nekoliko uniči, " pravi Singer.
Antarktični led ponuja tretji način reševanja zgodovine magnetnega polja Zemlje, saj vsebuje vzorce izotopa berilija, ki nastane, ko kozmično sevanje močno posega v zgornjo atmosfero - natanko to se zgodi, ko magnetno polje oslabi med ekskurzijo ali preobratom.
Z združevanjem vseh treh teh virov so raziskovalci skupaj začrtali temeljito zgodbo o tem, kako se je magnetno polje razvijalo med zadnjim obratom. Medtem ko so prejšnje študije nakazovale, da bodo vsi preobrati skozi tri faze v časovnem obdobju, ki ni daljše od 9.000 let, je Singerjeva ekipa odkrila veliko bolj zapleten postopek preobrata, ki je trajal 22.000 let.
"V tem 22.000-letnem obdobju lahko opazimo veliko več odtenkov voskanja in zmanjševanja moči ter usmerjenega vedenja kot kdaj koli prej, " pravi Singer. "In ne ustreza vzorcu [trifazni] ... zato mislim, da se bodo morali vrniti k risalni plošči."
Ugotovitve postavljajo pod vprašaj, ali bodo prihodnji preobrati na terenu kazali podobne zapletenosti in trajanja. "To je pomemben dokument, saj dokumentira nove vulkanske podatke in združuje vulkanske in sedimentne zapise, ki se nanašajo na nestabilnost geomagnetnega polja pred zadnjim obratom polaritete, " pravi James Channell, geofizik z univerze na Floridi, ki ni sodeloval v novi raziskavi, v elektronskem sporočilu. „Ali je ta nestabilnost pred povratkom značilnost vseh preobratov polarnosti? Zaenkrat o starih preobratih ni dokazov. "
Soavtor študije Rob Coe in Trevor Duarte za orientacijo jeder z mesta lave, ki beleži Matuyama-Brunhesov preobrat magnetne polarnosti v nacionalnem parku Haleakala na Havajih, leta 2015. (Brad Singer) Tudi pri treh sklopih meritev ostaja nekaj vprašanj, ali zapletena zgodovina zagotavlja dovolj informacij o tem, kako dolgo traja preobrat in v kakšnem stanju je polje, ko se pojavijo takšni zasuki. "Dokler noben celovit zapis ne kaže dokazov o zapletenem zaporedju dogodkov, ki so jih upodabljali avtorji, nisem prepričan, da nam nejasnosti glede starosti omogočajo, da ugotovimo več kot dve različni fazi, " pravi Jean-Pierre Valet, geofizik z pariškega Inštituta za fiziko Zemlje, ki ni bil vključen v raziskave, v elektronskem sporočilu. Valet tudi dvomi o trajanju razveljavitve in trdi, da lahko negotovosti v podatkih kažejo, da bi se lahko celoten postopek gibal od 13.000 do 40.000 let - še dlje kot prejšnje ocene.
Spoznavanje več procesov, ki vodijo do preobrata polarnosti, je lahko ključnega pomena za prihodnje civilizacije, saj lahko premikajoče se magnetno polje na planetu pojavlja daljnosežno.
"Ko je [magnetno] polje šibko, kar je med preobrati, se glavno dipolno polje zruši na nekaj v višini desetih odstotkov običajne jakosti, " pravi Singer. Ta kolaps bi lahko na Zemlji povzročal težave, saj magnetno polje stabilizira ozonske molekule in ščiti planet pred ultravijoličnim sevanjem. Singer poudarja, da nedavno delo kaže, da so sodobni ljudje prilagojeni za zaščitne gene, potem ko so neandertalci med izletom, ki je poslabšal magnetno polje, trpeli zaradi sevanja.
"Že dolgo se razpravlja o tem, ali magnetni preobrati vplivajo na bioto na površju Zemlje, " pravi. "Večina zgodnjih trditev je neumna, ker kronologija ni bila dovolj dobra, da bi vedeli, da je na primer odkritje fosilov neandertalcev povezano z ekskurzijo. Toda zdaj poznamo te čase veliko bolje. "
V zadnjih 200 letih ali več zemeljsko magnetno polje propada s stopnjo pet odstotkov vsako stoletje. Če to oslabitev in nedavna selitev severnega magnetnega pola kažeta na preobrat polja, bi to lahko resno vplivalo na tehnologije, ki temeljijo na satelitih, ki jih lahko poškodujejo kozmična sevanja. Vendar Singer opozarja, da se preobrat najverjetneje ne bo zgodil naslednjih nekaj tisočletij.
"To, kar vidimo zdaj, ko se severni pol hitro premika, je to pravzaprav povsem normalno, " pravi Singer. "Obstajajo prispevki, ki temeljijo na veliko revnejših zapisih od tistih, s katerimi delamo, in nakazujejo, da bi se preobrat lahko zgodil v manj kot človeškem življenju, kar pa velika večina zapisov ne podpira. ... Dejanski preobrat, končni preobrat, traja nekaj tisoč let. "
To bi moralo človeštvu kupiti nekaj časa, da bolje zaščiti svoje tehnologije pred sevanjem do naslednjega preobrata. Do takrat pa vas ne bodite preplašeni, če se vaš kompas prestavi za stopinjo ali dve.
