https://frosthead.com

השדה המגנטי של כדור הארץ עשוי להימשך זמן רב יותר מהמחשבה שקודם לכן

הברזל הנוזלי החם המסתחרר סביב הליבה הפנימית המוצקה של כדור הארץ שלנו, יותר מ -1, 800 מיילים מתחת לפני השטח, מייצר שדה מגנטי המשתרע מעבר לאטמוספירה. תחום זה מספק לנו כל דבר, החל מכיווני המצפן וכלה בהגנה מפני קרניים קוסמיות, ולכן אין זה מפתיע שמדענים נבהלו מוקדם יותר השנה כאשר הבחינו שהעמוד המגנטי הצפוני נסחף במהירות לעבר סיביר. בעוד הגיאופיזיקנים התערבבו בכדי לשחרר דגם מעודכן של השדה המגנטי של כדור הארץ לפני לוח הזמנים של חמש השנים, הקוטב הנודד הציג שאלה דחופה: האם השדה המגנטי של כדור הארץ מתכונן להתהפך?

המצב המגנטי של עולמנו משתנה ללא הרף, כאשר הקטבים הצפוניים והדרומיים המגנטיים משוטטים בכמה מעלות בכל מאה בערך. לעיתים השדה המגנטי חווה היפוך של קוטביות מוחלט, מה שגורם לקוטב הצפוני והדרומי המגנטי להחליף מקומות, אף כי איש אינו יודע בדיוק מה גורם לתפנית זו. (למעשה, הקוטב הצפוני של כדור הארץ הוא כעת קוטב דרום מגנטי, אך עדיין מכונה "צפון מגנטי" כדי להתאים למדידות הגיאוגרפיות שלנו.)

במחקר שפורסם היום ב- Science Advances, החוקרים מדווחים על ציר זמן משוער חדש של היפוך הקוטביות האחרון, בשם היפוך Brunhes-Matuyama, שקרה לפני כ -780, 000 שנה. בעזרת שילוב של דגימות לבה, משקעים של אוקיינוס ​​וליבות קרח, הם הצליחו לעקוב אחר התקדמות ההיפוך הזה ולהדגים כי התבנית שלו הייתה ארוכה ומורכבת יותר מהמציע הדגמים הקודמים. הממצאים עשויים לאפשר הבנה טובה יותר של הסביבה המגנטית של כוכב הלכת שלנו ומתפתחת בתקווה להנחות תחזיות להפרעה הגדולה הבאה.

"[היפוך קוטביות] היא אחת מהתופעות הגיאופיזיות הבודדות שהן גלובליות באמת", אומר בראד זינגר, פרופסור למדעי הגיאוגרפיה באוניברסיטת וויסקונסין – מדיסון, ומחבר הראשי של המחקר. "זהו תהליך שמתחיל בחלקים העמוקים ביותר של כדור הארץ, אך הוא מתבטא בסלעים על פני כל פני כדור הארץ ומשפיע על האווירה בדרכים חשובות למדי. ... אם אנו יכולים ליצור כרונולוגיה לתזמון ההיפוכים, יש לנו סמנים שנוכל להשתמש בהם עד היום לסלעים בכל רחבי כדור הארץ ולדעת נקודות זמן נפוצות סביב כדור הארץ כולו. "

דור השדה המגנטי של כדור הארץ מתחיל ממש במרכזו. החום מהליבה הפנימית המוצקה המיוצר על ידי ריקבון רדיואקטיבי מחמם את הברזל הנוזלי שמסביב, וגורם לו להסתובב כמו סיר מים על כיריים. תנועת הנוזל או הסעה של הברזל יוצרת זרם חשמלי המייצר שדה מגנטי. כאשר כדור הארץ מסתובב, השדה המגנטי מתיישר בערך עם ציר הסיבוב ויוצר את הקטבים הצפוניים והדרומיים המגנטיים.

במהלך 2.6 מיליון השנים האחרונות השדה המגנטי של כדור הארץ התהפך 10 פעמים וכמעט התהפך יותר מ- 20 פעמים במהלך אירועים שנקראו טיולים. יש חוקרים הסבורים כי היפוך הקוטביות נגרם על ידי הפרעה באיזון בין סיבוב כדור הארץ לבין הטמפרטורה בליבה, המשנה את תנועת הנוזל של הברזל הנוזל, אך התהליך המדויק נותר בגדר תעלומה.

תרשים שדה מגנטי איור סכמטי של קווי שדה מגנטי בלתי נראה שנוצר על ידי כדור הארץ, המיוצג כשדה מגנט דיפול. למען האמת, המגן המגנטי שלנו נסחט קרוב יותר לכדור הארץ בצד הפונה לשמש ומוארך מאוד בצד הלילה בגלל הרוח הסולארית. (פיטר ריד / נאס"א)

זמר ועמיתיהם השיגו הערכות כרונולוגיות מדויקות יותר למהפך הקוטביות האחרון, באמצעות טכניקות חדשות לתארוך לבה שהתמצקה. לבה בזלתית, המתפרצת סביב 1, 100 מעלות צלזיוס (2, 012 מעלות פרנהייט), מכילה מגנטיט, תחמוצת ברזל שהאלקטרונים החיצוניים ביותר מכוונים את עצמם לאורך השדה המגנטי של כדור הארץ. כאשר הלבה מתקררת ל -550 מעלות צלזיוס (1022 מעלות פרנהייט), "כיוון המגנטציה ננעל ונאפה ממש בזרימה, " אומר זינגר. כתוצאה מכך, חותמת ההיסטוריה של השדה המגנטי לתוך הלבה המוצקה, שאותה יוכלו זינגר וצוותו לקרוא בתהליך ייעודי למדידת האיזוטופים של הארגון של דגימות הלבה הרקובות.

לרוע המזל עבור הגיאולוגים (אך למרבה המזל עבורנו) הרי הגעש לא מתפרצים כל הזמן, מה שהופך את הלבה לשומר הרשומה של התפתחות השדה המגנטי. כדי לתפור יחד את התאריכים החסרים, צוות המחקר שילב את המדידות החדשות משבעה מקורות לבה שונים ברחבי העולם עם רישומי עבר של אלמנטים ממגנטיים במשקעים של האוקיאנים וליבות הקרח באנטארקטיקה. שלא כמו לבה, האוקיאנוס מספק תיעוד מתמשך של מגנטיות, שכן גרגירי חומר מגנטי מתיישבים ללא הפסקה על קרקעית הים ומתיישרים עם שדה כוכב הלכת. "אבל התקליטים האלה נעשים חלקים ומתעוותים על ידי דחיסה, ויש המון נוצרים שחיים בתחתית קרקעית הים ... אז השיא נהרס מעט, " אומר זינגר.

הקרח האנטארקטי מציע דרך שלישית לפתרון ההיסטוריה של השדה המגנטי של כדור הארץ, מכיוון שהוא מכיל דוגמאות של איזוטופ של בריליום שנוצר כאשר קרינה קוסמית מתקשרת באופן חזק עם האטמוספרה העליונה - בדיוק מה שקורה כאשר השדה המגנטי נחלש במהלך טיול או היפוך.

על ידי שילוב שלושת המקורות הללו, החוקרים טופחו יחד סיפור יסודי לאופן התפתחות השדה המגנטי במהלך היפוךו האחרון. בעוד שמחקרים קודמים העלו כי כל ההיפוכים עוברים שלושה שלבים בפרק זמן שאינו עולה על 9, 000 שנה, הצוות של זינגר גילה תהליך היפוך מורכב בהרבה שלקח 22, 000 שנה להשלמתו.

"אנו יכולים לראות הרבה יותר ניואנסים של התגברות ודעיכה של חוזקות והתנהגות כיוונית במהלך התקופה הזו של 22, 000 שנה מאי פעם, " אומר זינגר. "וזה לא תואם את התבנית [התלת-שלבית] ... אז אני חושב שהם יצטרכו לחזור ללוח השרטוט."

הממצאים מביאים בסימן שאלה האם היפוכים עתידיים בשטח יציגו מורכבות ומשך זמן דומה. ג'יימס שאנל, גיאופיזיקאי מאוניברסיטת פלורידה שלא היה מעורב, "זהו מאמר חשוב מכיוון שהוא מתעד נתונים וולקניים חדשים ומאגד רשומות וולקניות ומשקעיות הנוגעות לחוסר היציבות של השדה הגאומגנטי לפני ההיפוך האחרון בקוטביות." במחקר החדש, במייל. האם האם חוסר היציבות לפני ההיפוך מאפיין את כל ההיפוכים הקוטביים? נכון לעכשיו, אין שום עדות לכך מהיפוכים ישנים יותר. "

לובש ליבות לבה חקרו את חבריו של רוב רוב וטרור דוטרטה בכיוון של ליבות מאזור זרימת לבה המתעדות את היפוך הקוטביות המגנטית מטויאמה-ברונש בפארק הלאומי הליקאלה, הוואי, בשנת 2015. (בראד זינגר)

אפילו עם שלושת קבוצות המדידות, נותרה שאלה כלשהי האם ההיסטוריה המתוקנת מספקת מספיק מידע על כמה זמן לוקח היפוך ומה בדיוק מצב השדה כאשר מתרחשים סלטים כאלה. "כל עוד שום תיעוד שלם לא מביא עדויות לרצף מורכב של אירועים שמתוארים על ידי המחברים, אני לא משוכנע שהחוסר וודאות בעידן מאפשר לנו להבחין ביותר משני שלבים ברורים", אומר ז'אן-פייר ואלט, גיאופיזיקאי ממכון פריז לפיזיקה של כדור הארץ שלא היה מעורב במחקר, במייל. שרת מטיל ספק גם את משך ההיפוך, וטען כי אי הוודאות בנתונים עולה כי התהליך כולו יכול היה לנוע בין 13, 000 שנים ל 40, 000 שנה - עדיין ארוך יותר מההערכות הקודמות.

למידה נוספת על התהליכים המובילים להתהפכות קוטביות עשויה להיות קריטית לתרבויות עתידיות, מכיוון שלשדה המגנטי המשתנה יכולות להיות השפעות מרחיקות לכת על כדור הארץ.

"כאשר השדה [המגנטי] חלש, שהוא במהלך היפוכים, שדה הדיפול העיקרי מתמוטט למשהו בסדר גודל של עשרה אחוזים מהעוצמה הרגילה שלו, " אומר זינגר. התמוטטות זו עלולה לאיית בעיות על כדור הארץ, מכיוון שהשדה המגנטי מייצב מולקולות אוזון ומגן על כדור הארץ מפני קרינה אולטרה סגולה. זינגר מציין כי בעבודה האחרונה עולה כי בני אדם מודרניים שהותאמו לגנים מגנים לאחר שנאנדרטלים סבלו מקרינה במהלך טיול שהידרדר את השדה המגנטי.

"דובר די הרבה זמן האם היפוכים מגנטיים משפיעים על הביוטה לפני השטח של כדור הארץ, " הוא אומר. "מרבית הטענות המוקדמות הן די מגוחכות, מכיוון שהכרונולוגיה לא הייתה מספיק טובה כדי לדעת שגילוי המאובנים של הניאנדרטלים, למשל, תואמים טיול. אבל עכשיו אנחנו יודעים את התזמונים האלה הרבה יותר טוב. "

מזה 200 שנה או יותר, השדה המגנטי של כדור הארץ מתפורר בקצב של חמישה אחוזים בכל מאה. אם היחלשות זו והגירה האחרונה של הקוטב המגנטי הצפוני מעידים על היפוך שדה מתקרב, זה יכול להיות בעל השלכות חמורות על טכנולוגיות המסתמכות על לוויינים, שעלולים להיפגע כתוצאה מקרינה קוסמית. עם זאת, זינגר מזהיר כי היפוך לא צפוי להתרחש במשך אלפי השנים הבאות.

"מה שאנחנו רואים עכשיו כשקוטב הצפון נע במהירות, זה בעצם די נורמלי", אומר זינגר. "ישנם מאמרים שפורסמו שם על סמך רשומות גרועות בהרבה מאלה שאנחנו עובדים איתן שמציעים כי היפוך יכול להתרחש תוך פחות מחיים אנושיים, וזה פשוט לא נתמך על ידי הרוב המכריע של הרשומות. ... ההיפוך בפועל, ההיפוך הסופי, לוקח כמה אלפי שנים. "

זה אמור לקנות לאנושות זמן מה כדי להגן טוב יותר על הטכנולוגיות שלה מפני קרינה על ידי ההיפוך הבא. עד אז, אל תיבהל אם המצפן שלך יעבור לתואר או שניים.

השדה המגנטי של כדור הארץ עשוי להימשך זמן רב יותר מהמחשבה שקודם לכן