Котрљајући се око чврстог унутрашњег језгра наше планете, више од 1800 миља испод површине, вруће течно гвожђе ствара магнетно поље које се протеже изван атмосфере. Ово поље нам пружа све, од смера компаса до заштите од космичких зрака, па не чуди да су се научници алармирали раније ове године када су приметили да северни магнетни пол брзо плута ка Сибиру. Док су се геофизичари сковали да објаве ажурирани модел Земљиног магнетног поља уочи његовог петогодишњег распореда, мигрирајући пол поставио је хитно питање: Да ли се Земљино магнетно поље припрема за окретање?
Магнетно стање нашег света се стално мења, са магнетним северним и јужним половима који лутају по неколико степени сваког века или тако нешто. Повремено магнетно поље доживи потпуни преокрет поларитета, због чега магнетни северни и јужни пол пребацују места, мада нико не зна тачно шта узрокује овај преокрет. (У ствари, северни пол планете је магнетни јужни пол тренутно, али још увек се назива „магнетни север“ да би одговарао нашим географским мерењима.)
У студији објављеној данас у часопису Сциенце Адванцес, истраживачи извештавају о новом процењеном временском оквиру последњег преокрета поларитета, названог преокрет Брунхес-Матуиама, који се догодио пре око 780 000 година. Помоћу комбинације узорака лаве, океанских седимената и ледених језгара успели су да прате напредак овог преокрета и демонстрирају да је његов образац дужи и сложенији него што су то предлагали претходни модели. Налази би могли боље разумјети како се развија магнетно окружење наше планете и надамо се да ће водити предвиђања за наредне велике поремећаје.
„[Преокрет поларитета] један је од ретких геофизичких феномена који је заиста глобалан“, каже Брад Сингер, професор геознаности на Универзитету Висцонсин-Мадисон и водећи аутор студије. „То је процес који започиње у најдубљим деловима Земље, али се манифестује у камењу по целој површини планете и утиче на атмосферу на прилично важне начине. … Ако можемо успоставити хронологију за време преокрета, имамо маркере које можемо да користимо за датирање стена по целој планети и знамо заједничке временске тачке око целе Земље. “
Генерација магнетног поља Земље започиње у њеном самом средишту. Топлина из чврсте унутрашње језгре произведене радиоактивним распадом греје околно течно гвожђе, узрокујући да циркулише попут лонца воде на шпорету. Гибање течности или конвекција гвожђа ствара електричну струју, која ствара магнетно поље. Како се Земља врти, магнетно поље се приближно поравнава са оси ротације, стварајући магнетни северни и јужни пол.
Током последњих 2, 6 милиона година, магнетно поље Земље се окренуло 10 пута и готово прелетјело више од 20 пута током догађаја званих излети. Неки истраживачи верују да су преокрети поларитета узроковани поремећајем равнотеже између ротације Земље и температуре у језгри, што мења кретање течности гвожђа, али тачан процес остаје мистерија.
Схематска илустрација невидљивих магнетних поља генерисаних од Земље, представљених као диполно магнетно поље. У ствари, наш магнетни штит је стиснут ближе Земљи са сунчане стране и изузетно издужен на ноћној страни због соларног ветра. (Петер Реид / НАСА) Певач и колеге добили су прецизније хронолошке процене за последњи преокрет поларитета коришћењем нових техника за датирање очврснуте лаве. Базалтска лава, која еруптира око 1100 степени Целзијуса (2.012 степени Фаренхеита), садржи магнетит, гвожђе-оксид чији се најудаљенији електрони оријентишу дуж магнетног поља Земље. Када се лава охлади на 550 степени Целзијуса (1022 степена Фаренхеита), „смер магнетизације се закључава, буквално пече у проток“, каже Сингер. Као резултат тога, историја магнетног поља утиснута је у учвршћену лаву, коју су Сингер и његов тим могли да прочитају помоћу специјализованог поступка за мерење изотопа аргона распаднутих узорака лаве.
Нажалост за геологе (али на срећу за све нас), вулкани не избијају све време, што лаву чини тачним рекордером еволуције магнетног поља. Да би сабрали недостајуће датуме, истраживачки тим је комбиновао нова мерења из седам различитих извора лаве широм света са прошлим записима магнетизираних елемената у океанским седиментима и на антарктичким леденим језграма. За разлику од лаве, океан пружа континуирану евиденцију магнетизације, јер се зрнце магнетног материјала непрестано насељавају на морском дну и поравнавају се са пољем планета. "Али ови записи се сабијају и деформишу сабијањем, а има пуно стваралаца који живе на дну морског дна ... тако да се запис мало уништи", каже Сингер.
Антарктички лед нуди трећи начин решавања историје магнетног поља Земље, јер садржи узорке изотопа берилијума који настаје када космичко зрачење снажно дјелује са горњом атмосфером - управо оно што се дешава када магнетно поље ослаби током екскурзије или преокрета.
Комбинујући сва три ова извора, истраживачи су заједно закрпили детаљну причу о томе како се магнетно поље развијало током свог последњег преокрета. Док су претходне студије сугерисале да сви преокрети прођу кроз три фазе у временском интервалу не дужем од 9.000 година, Сингер је тим открио много сложенији процес преокрета који је трајао више од 22.000 година.
"Можемо видети много више нијанси воска и опадања снаге и понашања у смеру током овог периода од 22 000 година него икада раније", каже Сингер. "И не подудара се са [трофазним] узорком ... тако да мислим да ће се морати вратити на плочу за цртање."
Ова открића доводе у питање хоће ли будући преокрети на терену показати сличне замршености и дуготрајност. "Ово је важан рад, јер документује нове вулканске податке и обједињује вулканске и седиментне записе који се односе на нестабилност геомагнетног поља пре последњег преокрета поларитета", каже Јамес Цханнелл, геофизичар са Универзитета на Флориди, који није био умешан у новом истраживању, у е-поруци. „Да ли је та пре-обрнута нестабилност карактеристика свих преокрета поларитета? За сада нема доказа о томе из старијих преокрета. "
Коаутор студије Роб Цое и Тревор Дуарте оријентишући језгре са места протока лаве снимајући преокрет магнетне поларности Матуиама-Брунхес у Националном парку Халеакала, Хаваји, 2015. (Брад Сингер) Чак и са три скупа мерења, остаје питање да ли испреплетена историја пружа довољно информација о томе колико дуго траје преокрет и у каквом је стању поље кад се појаве такви преокрети. „Све док ниједан комплетан спис не показује доказе о сложеном низу догађаја који аутори описују, нисам уверен да нам неизвесности у вековима омогућавају да разаберемо више од две различите фазе“, каже Јеан-Пиерре Валет, геофизичар са париског Института за физику Земље који није био укључен у истраживање, путем мејла. Валет такође доводи у питање трајање преокрета, тврдећи да несигурности у подацима сугерирају да би се читав процес могао кретати од 13.000 до 40.000 година - још дуже од претходних процена.
Сазнање више о процесима који доводе до преокрета поларитета могло би бити пресудно за будуће цивилизације, будући да магнетно поље које се помиче може имати далекосежне ефекте на планету.
"Када је [магнетно] поље слабо, што је током преокрета, главно диполно поље се срушава на нешто од реда десет одсто његове нормалне снаге", каже Сингер. Овај колапс могао би створити проблеме животу на Земљи, јер магнетно поље стабилизира молекуле озона, штитећи планету од ултраљубичастог зрачења. Сингер истиче да недавни рад сугерише модерне људе прилагођене заштитним генима након што су неандерталци патили од зрачења током екскурзије која је погоршала магнетно поље.
„Дуго се расправљало да ли магнетни преокрети утичу на биоту на површини Земље, “ каже он. „Већина раних тврдњи некако је глупа, јер хронологија није била довољно добра да би знала да је, на пример, откривање фосила неандерталаца повезано са екскурзијом. Али сада знамо много боље та времена. "
У последњих 200 година или више, Земљино магнетно поље пропада брзином од пет процената сваког века. Ако ово слабљење и недавна миграција северног магнетног пола указују на преокрет поља који се надима, то би могло имати озбиљне последице за технологије које се ослањају на сателите, а који могу бити оштећени космичким зрачењем. Међутим, Сингер упозорава да се преокрет вјероватно неће догодити у наредних неколико миленијума.
"Оно што сада видимо како се северни пол брзо креће, то је заправо сасвим нормално", каже Сингер. „Постоје радови објављени на основу много лошијих записа од оних са којима радимо који сугеришу да би преокрет могао да се догоди за мање од људског живота, а то огромна већина записа није подржана. ... Стварни преокрет, коначни преокрет, траје неколико хиљада година. "
То би човечанству требало да купи мало времена да боље заштити своје технологије од зрачења до следећег преокрета. До тада, немојте бити узнемирени ако се компас помера за степен или два.
