A bolygónk szilárd belső magja körül, több mint 1800 mérföld a felszín alatt, a forró folyékony vas mágneses teret generál, amely a légkörön túlnyúlik. Ez a mező mindent tartalmaz az iránytű irányától a kozmikus sugarak elleni védelemig, tehát nem meglepő, hogy a tudósok ebben az évben aggódtak, amikor észrevették, hogy az északi mágneses pólus gyorsan sodródik Szibéria felé. Miközben a geofizikusok becsaptak, hogy kiadják a Föld mágneses mezőjének korszerűsített modelljét, ötéves ütemterve előtt, a vándorló pólus sürgős kérdést tett fel: A Föld mágneses tere felkészül?
Világunk mágneses állapota folyamatosan változik, a mágneses északi és déli pólusok körülbelül századokonként néhány fokkal sétálnak. Időnként a mágneses mező teljes polaritás-megfordítást tapasztal, ami a mágneses északi és déli pólusokat átváltja, bár senki sem tudja pontosan, mi okozza ezt a fordulót. (Valójában a bolygó északi pólusa jelenleg egy mágneses déli pólus, de továbbra is „mágneses északnak” nevezzük, hogy megfeleljen a földrajzi méréseinknek.)
A Science Advances által ma közzétett tanulmányban a kutatók az utolsó polaritás-visszafordítás új becsült ütemtervéről számoltak be, Brunhes-Matuyama-fordításnak nevezték, amely körülbelül 780 000 évvel ezelőtt történt. Lávaminták, óceán üledékek és jégmagok kombinációjával képesek voltak nyomon követni ennek a fordulásnak a előrehaladását, és megmutatták, hogy a mintája hosszabb és összetettebb, mint az előző modellek javasolták. Az eredmények lehetővé tehetik a bolygónk mágneses környezetének fejlődésének jobb megértését, és remélhetőleg irányíthatják a következő jelentős zavarra vonatkozó előrejelzéseket.
„[A polaritás megfordítása] egyike azon kevés geofizikai jelenségnek, amely valóban globális” - mondta Brad Singer, a Wisconsin-i Madison Egyetem geoktatójának professzora és a tanulmány vezető szerzője. „Ez egy olyan folyamat, amely a Föld legmélyebb részein kezdődik meg, de sziklákban manifesztálódik a bolygó teljes felületén, és nagyon fontos módon hat a légkörre. … Ha be tudjuk állítani a visszafordítások ütemezését, olyan jelölőkkel rendelkezünk, amelyeket a mai napig felhasználhatunk a sziklákra az egész bolygón, és tudhatunk közös időpontokat az egész Föld körül. ”
A Föld mágneses mezőjének generálása a központjában kezdődik. A radioaktív bomlás által előállított szilárd belső mag hőt felmelegít a környező folyékony vas számára, és azt okozza, hogy az áramoljon, mint egy fazék víz a tűzhelyen. A vas folyadékmozgása vagy konvekciója elektromos áramot hoz létre, amely mágneses teret generál. Ahogy a Föld forog, a mágneses mező nagyjából egybehangzik a forgástengellyel, létrehozva a mágneses északi és déli pólusokat.
Az elmúlt 2, 6 millió évben a Föld mágneses tere tízszer megfordult, majdnem 20-szor megfordult kirándulásoknak nevezett események során. Egyes kutatók szerint a polaritás megfordítását a Föld forgása és a maghőmérséklet közötti egyensúly megzavarása okozza, amely megváltoztatja a folyékony vas folyadék mozgását, de a pontos folyamat rejtély marad.
A Föld által generált láthatatlan mágneses mező vonalak sematikus ábrázolása, mint dipólmágneses mező. Valójában mágneses pajzsunkat a Földhez közelebb, a Nap felé néző oldalán nyomjuk meg, és az éjszakai oldalán rendkívül meghosszabbítottuk a napszél miatt. (Peter Reid / NASA) Singer és munkatársai pontosabb időrendi becsléseket kaptunk az utolsó polaritás-visszafordításról az új technikák alkalmazásával a megszilárdult láva ragasztására. A bazaltos láva, amely kb. 1100 Celsius fokon (2, 012 Fahrenheit fokon) kitör, magneitet tartalmaz, egy vas-oxidot, amelynek legkülső elektronjai a Föld mágneses tere mentén orientálódnak. Amikor a láva 550 ° C-ra (1022 Fahrenheit fok) lehűl, „a mágnesezési irány reteszelődik, szó szerint az áramlásba sütődik” - mondja Singer. Ennek eredményeként a mágneses mező története bemélyedik a megszilárdult lávába, amelyet Singer és csapata speciális eljárással olvashatott el az elbomlott láva minták argon izotópjainak mérésére.
A geológusok számára (de szerencsére a többiünknek) sajnos a vulkánok nem mindig kitörnek, így a láva a mágneses mező evolúciójának foltos nyilvántartója. A hiányzó dátumok összevarrása érdekében a kutatócsoport a világ hét különböző lávaforrásából származó új méréseket összekapcsolta az óceán üledékekben és az antarktiszi jégmagokban található mágnesezett elemek múltbeli adataival. A lávától eltérően az óceán folyamatos mágnesezési rekordot biztosít, mivel a mágneses anyag szemei állandóan letelepednek a tengerfenéken, és igazodnak a bolygó mezőjéhez. "De ezek a felvételek sima és torzulnak a tömörítés révén, és nagyon sok kritikus él a tengerfenék fenekén ... így a felvétel egy kicsit megsemmisül" - mondja Singer.
Az Antarktiszi jég a Föld mágneses mezőjének történetének harmadik megoldására szolgál, mivel tartalmaz egy berilliumizotóp mintáit, amelyek akkor képződnek, amikor a kozmikus sugárzás erősen kölcsönhatásba lép a felső légkörrel - pontosan mi történik, ha a mágneses mező gyengül egy turné vagy fordulás során.
E három forrás ötvözésével a kutatók átfogó történetet gyűjtöttek össze arról, hogy a mágneses mező hogyan fejlődött az utóbbi megfordítása során. Míg a korábbi tanulmányok azt sugallták, hogy az összes visszafordítás három szakaszon megy keresztül, legfeljebb 9000 évig tartó időtartamon belül, a Singer csapata sokkal összetettebb fordítási folyamatot fedezett fel, amelynek befejezése 22 000 évet vett igénybe.
"Sokkal több árnyalattal láthatjuk az erősségek gyengülését és csökkenését, valamint az irányított viselkedést ebben a 22 000 éves időszakban, mint valaha" - mondja Singer. "És nem egyezik meg a [háromfázisú] mintával ... tehát azt hiszem, vissza kell menniük a rajzasztalhoz."
Az eredmények megkérdőjelezik, hogy a jövőbeli helyszíni visszafordítások hasonló bonyolultságot és időtartamot mutatnak-e. "Ez egy fontos dokumentum, mivel új vulkáni adatokat dokumentál, és összehozza a geomágneses mező instabilitására vonatkozó vulkáni és üledékes rekordokat az utolsó polaritás-visszafordítás előtt" - mondja James Channell, a floridai egyetem geofizikusa, aki nem vett részt. az új kutatásban, egy e-mailben. „Ez a fordított előtti instabilitás jellemzi-e az összes polaritás-visszafordítást? A régebbi visszafordításokról erre még nincs bizonyíték. ”
Rob Coe és Trevor Duarte kísérleti kísérőmagok egy lávaáramlási helyről, amely rögzíti a Matuyama-Brunhes mágneses polaritásának megfordítását a Hawaii-i Haleakala Nemzeti Parkban (Brad Singer). Még a három méréskészletnél is fennáll a kérdés, vajon a patched-előzmények elegendő információt nyújtanak-e arról, hogy meddig tart egy fordított fordulás, és hogy pontosan milyen állapotban van a mező, amikor ilyen megfordulások fordulnak elő. "Mindaddig, amíg egyetlen teljes feljegyzés sem mutat bizonyítékot az események komplex egymás utódjára, amelyet a szerzők ábrázolnak, nem vagyok meggyőződve arról, hogy a korszak bizonytalanságai lehetővé teszik, hogy két különálló fázist észleljünk" - mondta Jean-Pierre Valet a Párizsi Földfizikai Intézet geofizikusa, aki nem vett részt a kutatásban, e-mailben. Valet megkérdőjelezi a visszafordítás időtartamát, azzal érvelve, hogy az adatok bizonytalanságai szerint a teljes folyamat 13 000 évtől 40 000 évig terjedhet - még mindig hosszabb, mint az előző becsléseknél.
A polaritás megfordulásához vezető folyamatokról való további ismeretek kritikus jelentőségűek lehetnek a jövőbeli civilizációk számára, mivel a változó mágneses mező messzemenő hatással lehet a bolygóra.
"Ha a [mágneses] mező gyenge, ami fordított állapotban van, akkor a fő dipólmező normál erősségének tíz százalékánál valamire összeomlik" - mondja Singer. Ez az összeomlás problémákat okozhat a Föld életében, mivel a mágneses mező stabilizálja az ózonmolekulákat, megvédve a bolygót az ultraibolya sugárzástól. Singer rámutat arra, hogy a közelmúltbeli munkája szerint a modern emberek alkalmazkodnak a védőgénekhez, miután a Neanderthals sugárterhelést szenvedett egy mágneses teret rontó kirándulás során.
"Már egy ideje megvitatják, hogy a mágneses visszafordítások befolyásolják-e a Föld felszínén a biótát" - mondja. „A korai állítások többsége hamisnak bizonyul, mert a kronológia nem volt elég jó ahhoz, hogy tudomást szerezzen arról, hogy például a neandertalsi kövületek felfedezése korrelációban áll egy kirándulással. De most sokkal jobban tudjuk ezeket az időzítéseket. ”
Az elmúlt legalább 200 évben a Föld mágneses tere minden évszázadonként öt százalékkal romlott. Ha ez a gyengülés és az északi mágneses pólus közelmúltbeli vándorlása a fenyegető mező megfordulását jelzi, akkor súlyos következményekkel járhat a műholdakra támaszkodó technológiák számára, amelyeket a kozmikus sugárzás károsíthat. Singer azonban figyelmezteti, hogy a visszafordítás valószínűleg nem történik meg a következő néhány évezredben.
"Amit most látunk, amikor az északi pólus gyorsan mozog, az valójában egészen normális" - mondja Singer. "Vannak olyan kiadványok, amelyek sokkal szegényebb nyilvántartáson alapulnak, mint amelyekkel dolgozunk, amelyek azt sugallják, hogy a visszafordítás kevesebb, mint egy emberi élet alatt megtörténhet, és ezt csak a nyilvántartások túlnyomó többsége nem támogatja. … A tényleges megfordulás, a végső megfordítás több ezer évig tart. ”
Ennek egy időre meg kell vásárolnia az emberiséget, hogy jobban megvédje technológiáit a sugárzástól a következő megfordításkor. Addig ne aggódjon, ha az iránytű fokkal vagy két fokkal eltolódik.
