Horké tekuté železo, které se otáčí kolem pevného vnitřního jádra naší planety, více než 1 800 mil pod povrchem, vytváří magnetické pole, které se táhne za atmosféru. Toto pole nám poskytuje vše od směrů kompasu po ochranu před kosmickými paprsky, takže není překvapením, že vědci byli znepokojeni začátkem tohoto roku, když si všimli, že severní magnetický pól se rychle unáší směrem na Sibiř. Zatímco geofyzici se snažili uvolnit aktualizovaný model zemského magnetického pole před jeho pětiletým plánem, migrující pól kladl naléhavou otázku: Připravuje se zemské magnetické pole na převrácení?
Magnetický stav našeho světa se neustále mění a magnetické severní a jižní póly putují o několik stupňů každé století. Občas magnetické pole zažívá úplné obrácení polarity, což způsobí, že magnetické severní a jižní póly přepnou místa, ačkoli nikdo přesně neví, co způsobuje tento obrat. (Ve skutečnosti je severní pól planety právě magnetickým jižním pólem, ale stále se označuje jako „magnetický sever“, aby odpovídal našim geografickým měřením.)
Ve studii zveřejněné dnes v Science Advances vědci uvádějí novou odhadovanou časovou osu posledního zvratu polarity nazvanou Brunhes-Matuyama zvrat, ke kterému došlo přibližně před 780 000 lety. Pomocí kombinace lávových vzorků, oceánských sedimentů a ledových jader byli schopni sledovat průběh tohoto zvratu a ukázat, že jeho vzor byl delší a složitější, než navrhovali předchozí modely. Tato zjištění by mohla umožnit lepší pochopení toho, jak se vyvíjí magnetické prostředí naší planety, a doufejme, že povede předpovědi pro další velké rušení.
„[Obrácení polarity] je jedním z mála geofyzikálních jevů, které jsou skutečně globální, “ říká Brad Singer, profesor geověd na University of Wisconsin - Madison a hlavní autor studie. "Je to proces, který začíná v nejhlubších částech Země, ale projevuje se ve skalách po celém povrchu planety a ovlivňuje atmosféru docela důležitými způsoby." … Pokud dokážeme stanovit chronologii pro načasování zvratů, máme značky, které můžeme použít k datování hornin po celé planetě a známe společné časové body po celé Zemi. “
Generace zemského magnetického pole začíná v samém středu. Teplo z pevného vnitřního jádra produkovaného radioaktivním rozpadem zahřívá okolní tekuté železo, což způsobuje jeho cirkulaci jako hrnec vody na varné desce. Pohyb tekutiny nebo konvekce železa vytváří elektrický proud, který vytváří magnetické pole. Jak se Země točí, magnetické pole se zhruba vyrovnává s osou rotace a vytváří magnetické severní a jižní póly.
Během posledních 2, 6 milionu let magnetické pole Země překlopilo desetkrát a téměř dvakrát překlopilo během událostí zvaných exkurze. Někteří vědci se domnívají, že změny polarity jsou způsobeny narušením rovnováhy mezi rotací Země a teplotou v jádru, což mění pohyb tekutiny tekutého železa, ale přesný proces zůstává záhadou.
Schematické znázornění neviditelných čar magnetického pole generovaných Zemí, reprezentovaných jako dipól magnetického pole. Ve skutečnosti je náš magnetický štít stlačován blíže k Zemi na straně obrácené ke Slunci a extrémně protažený na noční straně kvůli slunečnímu větru. (Peter Reid / NASA) Zpěvák a kolegové získali přesnější chronologické odhady pro poslední změnu polarity pomocí nových technik pro datování zpevněné lávy. Čedičová láva, která propukne kolem 1100 stupňů Celsia (2 012 stupňů Fahrenheita), obsahuje magnetit, oxid železa, jehož vnější elektrony se orientují podél magnetického pole Země. Když láva zchladne na 550 stupňů Celsia (1022 stupňů Fahrenheita), „směr magnetizace se zamkne, doslova zapečená do toku, “ říká Singer. V důsledku toho je historie magnetického pole vyražena do ztuhlé lávy, kterou si Singer a jeho tým mohli přečíst pomocí specializovaného procesu k měření izotopů argonu rozpadlých lávových vzorků.
Naneštěstí pro geology (ale naštěstí pro nás ostatní), sopky neproniknou pořád, takže láva je drsným držitelem záznamů o vývoji magnetického pole. Abychom spojili chybějící data, výzkumný tým spojil nová měření ze sedmi různých lávových zdrojů po celém světě s minulými záznamy magnetizovaných prvků v oceánských sedimentech a antarktických ledových jádrech. Na rozdíl od lávy poskytuje oceán nepřetržitý záznam magnetizace, protože zrna magnetického materiálu se neustále usazují na mořském dně a vyrovnávají se s polem planety. "Ale tyto záznamy se zhutňují a deformují zhutněním a existuje spousta tvorů, kteří žijí na dně mořského dna ... takže se záznam trošku zničí, " říká Singer.
Antarktický led nabízí třetí způsob řešení historie magnetického pole Země, protože obsahuje vzorky izotopu berylia, který se vytváří, když kosmické záření silně interaguje s horní atmosférou - přesně to, co se stane, když magnetické pole během exkurze nebo obrácení oslabí.
Spojením všech tří těchto zdrojů vědci spojili důkladný příběh o tom, jak se magnetické pole vyvíjelo během posledního obrácení. Zatímco předchozí studie naznačovaly, že všechny zvraty probíhají ve třech fázích v časovém rozpětí ne déle než 9 000 let, tým Singera objevil mnohem komplexnější proces zvratu, který trval více než 22 000 let.
"Během tohoto 22 000 letého období vidíme mnohem více nuancí voskování a ubývání sil a směrového chování než kdy předtím, " říká Singer. "A to neodpovídá vzoru [třífázové] ... takže si myslím, že se budou muset vrátit k rýsovací desce."
Tato zjištění zpochybňují, zda budoucí obraty v poli budou vykazovat podobné komplikace a trvání. "Toto je důležitý dokument, protože dokumentuje nová vulkanická data a shromažďuje vulkanické a sedimentární záznamy týkající se nestability geomagnetického pole před posledním obrácením polarity, " říká James Channell, geofyzik z Floridské univerzity, který se nezúčastnil v novém výzkumu, v e-mailu. "Je tato nestabilita před obrácením charakteristikou všech změn polarity?" Dosud o tom neexistují žádné důkazy ze starších zvratů. “
Spoluautor studie Rob Coe a Trevor Duarte orientující jádra z místa lávového toku zaznamenávajícího magnetickou polaritu Matuyama-Brunhes v národním parku Haleakala na Havaji v roce 2015. (Brad Singer) I se třemi sadami měření zůstává otázka, zda historie propojených dějů poskytuje dostatek informací o tom, jak dlouho trvá obrácení a jak přesně je stav pole, když k těmto převrácením dojde. „Dokud žádný úplný záznam neprokáže důkazy o komplexní posloupnosti událostí, které zobrazují autoři, nejsem přesvědčen, že nejistoty ve věku nám umožňují rozeznat více než dvě odlišné fáze, “ říká Jean-Pierre Valet, geofyzik z Pařížského ústavu fyziky Země, který se nezúčastnil výzkumu, v e-mailu. Valet také zpochybňuje dobu trvání zvratu a tvrdí, že nejistoty v údajích naznačují, že celý proces se mohl pohybovat od 13 000 let do 40 000 let - stále delší než předchozí odhady.
Dozvědět se více o procesech, které vedou k obrácení polarity, by mohlo být pro budoucí civilizace kritické, protože měnící se magnetické pole může mít na planetu dalekosáhlé účinky.
"Když je [magnetické] pole slabé, což je během obrácení, hlavní dipólové pole se zhroutí na něco v řádu deseti procent své normální síly, " říká Singer. Tento kolaps by mohl znamenat potíže pro život na Zemi, protože magnetické pole stabilizuje molekuly ozonu a chrání planetu před ultrafialovým zářením. Singer poukazuje na to, že nedávná práce naznačuje, že moderní lidé jsou upraveni tak, aby měli ochranné geny poté, co neandrtálci utrpěli záření během exkurze, která zhoršila magnetické pole.
"Už dlouho se diskutuje o tom, zda magnetické zvraty mají vliv na biotu na povrchu Země, " říká. "Většina dřívějších tvrzení je nesmyslná, protože chronologie nebyla dost dobrá na to, aby věděla, že objev fosilií neandrtálců například koreloval s exkurzí." Ale teď známe tyto načasování mnohem lépe. “
Za posledních 200 let a více zemské magnetické pole v každém století klesalo rychlostí pěti procent. Pokud by toto oslabení a nedávná migrace severního magnetického pole svědčily o obráceném poli, mohlo by to mít vážný dopad na technologie, které se spoléhají na satelity, které mohou být poškozeny kosmickým zářením. Singer však varuje, že k obrácení pravděpodobně nedojde v příštích několika tisíciletích.
"To, co nyní vidíme, když se severní pól rychle pohybuje, to je vlastně docela normální, " říká Singer. "Jsou tam publikovány papíry založené na mnohem horších záznamech, než na kterých pracujeme, které naznačují, že k obrácení může dojít za méně než lidský život, a to prostě není podporováno velkou většinou záznamů." … Skutečné zvrácení, konečné zvrácení, trvá několik tisíc let. “
To by mělo lidstvu koupit nějaký čas, aby lépe chránilo své technologie před zářením dalším obrácením. Do té doby se nemusíte bát, pokud se váš kompas posune o stupeň nebo dva.
