Kujutades ümber meie planeedi tahke sisemise südamiku, rohkem kui 1800 miili pinnast, tekitab kuum vedel raud magnetvälja, mis ulatub atmosfäärist kaugemale. See väli pakub meile kõike alates kompassi suundadest kuni kaitsmiseni kosmiliste kiirte eest, seega pole üllatav, et teadlased olid selle aasta alguses muret tundnud, kui nad märkasid, et põhjapoolne magnetiline poolus triivib kiiresti Siberi poole. Kui geofüüsikud rüselasid, et vabastada Maa magnetvälja ajakohastatud mudel enne selle viieaastast ajakava, esitas migreeruv poolus kiireloomulise küsimuse: kas Maa magnetväli valmistub libisema?
Meie maailma magnetiline olek muutub pidevalt, magnetilised põhja- ja lõunapoolused liiguvad igal sajandil mõne kraadi võrra. Mõnikord toimub magnetvälja täielik polaarsuse pöördumine, põhjustades magnetilise põhja- ja lõunapooluse vahelise koha vahetamise, ehkki keegi ei tea täpselt, mis selle pöörde põhjustab. (Tegelikult on planeedi põhjapoolus praegu magnetiline lõunapoolus, kuid seda nimetatakse meie geograafiliste mõõtmete järgi ikkagi magnetiliseks põhjaks.)
Täna ajakirjas Science Advances avaldatud uuringus teatasid teadlased viimase polaarsuse ümberpööramise uuest hinnangulisest ajaskaalast, mille nimi oli Brunhes-Matuyama ümberpöördumine ja mis juhtus umbes 780 000 aastat tagasi. Kasutades laavaproovide, ookeani setete ja jäätuumade kombinatsiooni, suutsid nad jälgida selle ümberpööramise kulgu ja näidata, et selle muster oli pikem ja keerulisem, kui eelmistes mudelites soovitati. Need leiud võimaldaksid paremini mõista meie planeedi magnetilise keskkonna arengut ja loodetavasti suunata järgmise suure häirituse prognoose.
„[Polaarsuse ümberpööramine] on üks väheseid geofüüsikalisi nähtusi, mis on tõeliselt globaalne, “ ütleb Wisconsini – Madisoni ülikooli geoteaduste professor ja uuringu juhtiv autor Brad Singer. „See on protsess, mis saab alguse Maa kõige sügavamatest osadest, kuid see avaldub kivimites kogu planeedi pinna ulatuses ja mõjutab atmosfääri üsna olulistel viisidel. … Kui suudame kindlaks teha tagasipööramise ajastamise kronoloogia, on meil markerid, mida saame kasutada tänastel kividel kogu planeedil ja teada ühiseid ajapunkte kogu Maa ümber. ”
Maa magnetvälja genereerimine algab selle keskmest. Radioaktiivse lagunemise tulemusel tekkiv tahke sisemise südamiku kuumus soojendab ümbritsevat vedelat rauda, põhjustades selle tsirkuleerimise nagu pliidipott. Raua vedeliku liikumine ehk konvektsioon tekitab elektrivoolu, mis tekitab magnetvälja. Maa pöörlemisel joondub magnetväli enam-vähem pöörlemisteljega, luues magnetilise põhja- ja lõunapooluse.
Viimase 2, 6 miljoni aasta jooksul kõikus Maa magnetväli 10 korda ja peaaegu kõikuma üle 20 korra ekskursioonideks kutsutud sündmuste ajal. Mõne uurija arvates põhjustavad polaarsuse ümberpööramised Maa pöörlemise ja südamiku temperatuuri vahelise tasakaalu häireid, mis muudavad vedela raua vedeliku liikumist, kuid täpne protsess jääb saladuseks.
Maa tekitatud nähtamatute magnetvälja joonte skemaatiline illustratsioon, mis on kujutatud dipoolmagnetväljana. Tegelikkuses pigistatakse meie magnetiline kilp Maale lähemale Päikese poole ja on päikesetuule tõttu öösel eriti piklik. (Peter Reid / NASA) Singer ja tema kolleegid said viimase polaarsuse ümberpööramise kohta täpsemad kronoloogilised hinnangud, kasutades tahkunud laava tutvumiseks uusi tehnikaid. Basaltic laava, mis purskab umbes 1100 kraadi (2, 012 kraadi Fahrenheiti järgi), sisaldab magnetiiti, raudoksiidi, mille kõige välimised elektronid orienteeruvad piki Maa magnetvälja. Kui laava jahtub temperatuurini 550 kraadi (1022 kraadi Fahrenheiti), “magnetatsiooni suund lukustub, sõna otseses mõttes voolu sisse küpsetatakse, ” räägib Singer. Selle tulemusel tembeldatakse magnetvälja ajalugu tahkunud laavaks, mida Singer ja tema meeskond said spetsiaalse protsessi abil lugeda lagunenud laavaproovide argooni isotoopide mõõtmiseks.
Geoloogide (aga õnneks ka meie kõigi jaoks) kahjuks purskavad vulkaanid kogu aeg, muutes laava magnetvälja evolutsiooni täpseks registreerijaks. Kadunud kuupäevade kokkuõmblemiseks ühendas uurimisrühm seitse erinevat laavaallikat kogu maailmas tehtud uued mõõtmised varasemate andmetega ookeani setetes ja Antarktika jääsüdamikes magnetiseeritud elementide kohta. Erinevalt laavast pakub ookean pidevat magnetiseerumist, kuna magnetilise materjali terad settivad pidevalt merepõhjale ja joonduvad planeedi väljaga. "Kuid need rekordid muutuvad tihendamise teel sujuvaks ja deformeeruvad ning seal on palju kriitikuid, kes elavad merepõhja põhjas ... nii et rekord hävitatakse natuke, " räägib Singer.
Antarktika jää pakub kolmandat viisi Maa magnetvälja ajaloo lahendamiseks, kuna see sisaldab berülliumi isotoobi proove, mis moodustuvad kosmilise kiirguse tugevas interaktsioonis ülemise atmosfääriga - täpselt see, mis juhtub siis, kui magnetväli nõrgeneb retke või pöörde ajal.
Kombineerides kõiki neid kolme allikat, panid teadlased kokku põhjaliku loo, kuidas magnetväli viimase pöörde ajal arenes. Kui varasemad uuringud näitasid, et kõik ümberpööramised läbivad kolme etappi mitte rohkem kui 9000 aasta jooksul, avastas Singeri meeskond palju keerukama ümberpööramisprotsessi, mille lõpuleviimine võttis üle 22 000 aasta.
"Selle 22 000-aastase perioodi jooksul võime näha palju rohkem nüansse tugevuste tugevnemise ja kahanemise kohta ning kunagi varem, " ütles Singer. "Ja see ei vasta [kolmefaasilisele] mustrile ... nii et ma arvan, et nad peavad tagasi joonistuslaua juurde minema."
Tulemused seavad kahtluse alla, kas tulevased põllupöördumised on sarnased keerukuse ja kestusega. "See on oluline paber, kuna see dokumenteerib uusi vulkaanilisi andmeid ning koondab vulkaanilisi ja settekirjeid geomagnetilise välja ebastabiilsuse kohta enne viimast polaarsuse ümberpööramist, " ütleb Florida ülikooli geofüüsik James Channell, kes polnud kaasatud uues uurimistöös, e-kirjas. “Kas see pöördumiseelne ebastabiilsus on iseloomulik kõigile polaarsuse pöördumistele? Seni pole vanematest pöördumistest selle kohta mingeid tõendeid. ”
Uuringu kaasautor Rob Coe ja Trevor Duarte orienteeruvad tuumad laavavoolu saidilt, mis registreerivad Matuyama-Brunhesi magnetilise polaarsuse pöördumise Haleakala rahvuspargis, Havai, 2015. aastal (Brad Singer) Isegi kolme mõõtmiskomplekti korral jääb mõneks küsimuseks, kas paika pandud ajalugu pakub piisavalt teavet selle kohta, kui kaua pöörde tegemine võtab ja millises olekus väli on, kui sellised klapid esinevad. "Kuni ükski täielik dokument ei tõenda autorite kujutatud sündmuste keerulist järjestikust, ei ole ma veendunud, et ebakindlus ajastute osas võimaldab meil eristada rohkem kui kahte eraldiseisvat faasi, " ütleb Jean-Pierre Valet, Pariisi Maa Füüsika Instituudi geofüüsik, kes uuringuga ei tegelenud, e-kirjas. Valet seab kahtluse alla ka ümberpööramise kestuse, väites, et andmete ebakindlus viitab sellele, et kogu protsess võis ulatuda 13 000 aastast 40 000 aastani - see on siiski veelgi pikem kui eelnevad hinnangud.
Polaarsuse pöördumiseni viivate protsesside kohta lisateabe saamine võib olla tulevaste tsivilisatsioonide jaoks kriitilise tähtsusega, kuna liikuval magnetväljal võib olla planeedil kaugeleulatuv mõju.
"Kui [magnetväli] on nõrk, mis toimub ümberpööramise ajal, variseb peamine dipoolväli millekski suurusjärgus kümme protsenti selle normaalsest tugevusest, " räägib Singer. See kokkuvarisemine võib Maa elule probleeme tekitada, kuna magnetväli stabiliseerib osoonimolekule, kaitstes planeeti ultraviolettkiirguse eest. Singer toob välja, et hiljutised tööd näitavad, et kaasaegsed inimesed on kohanenud kaitsegeenide olemasoluga pärast seda, kui neandertallased kannatasid kiirguse ajal, mis halvendas magnetvälja.
"Pikka aega on arutatud, kas magnetilised pöörded mõjutavad Maa pinna elustikku, " ütleb ta. “Enamik varasemaid väiteid on omamoodi petlik, sest kronoloogia ei olnud piisavalt hea, et teada, et näiteks neandertallaste fossiilide avastused on korrelatsioonis ekskursiooniga. Kuid nüüd teame neid ajavõtteid palju paremini. ”
Viimase 200 aasta või enama aasta jooksul on Maa magnetväli igal sajandil vähenenud viie protsendilise kiirusega. Kui see nõrgenemine ja põhjapoolse magnetiliste pooluste hiljutine ränne viitavad ähvardava välja ümberpööramisele, võib sellel olla tõsine mõju satelliitidele tuginevatele tehnoloogiatele, mida kosmiline kiirgus võib kahjustada. Singer hoiatab siiski, et tagasipööramine tõenäoliselt järgmise paari aastatuhande jooksul aset ei leia.
"See, mida me praegu näeme, kui põhjapoolus kiiresti liigub, on tegelikult üsna normaalne, " ütleb Singer. "Seal on avaldatud pabereid, mis põhinevad palju vaesematel andmetel kui need, millega me töötame, mis viitavad sellele, et ümberpööramine võiks toimuda vähem kui inimese elu jooksul ja seda lihtsalt ei toeta enamik dokumente. … Tegelik ümberpööramine, lõplik ümberpööramine võtab mitu tuhat aastat. ”
See peaks inimkonnale mõnda aega ostma, et kaitsta oma tehnoloogiaid radiatsiooni eest järgmise ümberpööramise abil paremini. Kuni selle ajani ärge muretsege, kui teie kompass nihkub kraadi või kahe võrra.
