Kotrljajući se oko čvrste unutarnje jezgre našeg planeta, više od 1800 milja ispod površine, vruće tekuće željezo stvara magnetsko polje koje se proteže izvan atmosfere. Ovo polje nam pruža sve, od smjera kompasa do zaštite od kozmičkih zraka, pa ne čudi da su se znanstvenici alarmirali ranije ove godine kada su primijetili da sjeverni magnetski pol brzo pluta prema Sibiru. Dok su se geofizičari uskomešali objaviti ažurirani model Zemljinog magnetskog polja prije njegovog petogodišnjeg rasporeda, migracijski pol postavio je hitno pitanje: Da li se Zemljino magnetsko polje priprema za okretanje?
Magnetsko stanje našeg svijeta neprestano se mijenja, s magnetskim sjevernim i južnim polovima koji prolaze za nekoliko stupnjeva svako stoljeće. Povremeno magnetsko polje doživi potpuni preokret polariteta, zbog čega magnetski sjeverni i južni pol prebacuju mjesta, iako nitko ne zna točno što uzrokuje ovaj zaokret. (Zapravo, sjeverni pol planete trenutno je magnetski južni pol, ali još uvijek se naziva "magnetski sjever" da bi odgovarao našim geografskim mjerenjima.)
U studiji objavljenoj danas u časopisu Science Advances, istraživači izvještavaju o novom procijenjenom vremenskom rasporedu posljednjeg preokreta polariteta, nazvanom preokret Brunhes-Matuyama, koji se dogodio prije oko 780.000 godina. Pomoću kombinacije uzoraka lave, oceanskih sedimenata i ledenih jezgara mogli su pratiti napredak ovog preokreta i pokazati da je njegov obrazac duži i složeniji nego što su to sugerirali prethodni modeli. Nalazi bi mogli bolje razumjeti kako se razvija magnetsko okruženje našeg planeta i nadamo se da će voditi predviđanja za sljedeća velika poremećaja.
"[Preokret polariteta] jedan je od rijetkih geofizičkih fenomena koji je uistinu globalni", kaže Brad Singer, profesor geoznanosti na Sveučilištu Wisconsin - Madison i vodeći autor studije. "To je proces koji započinje u najdubljim dijelovima Zemlje, ali se manifestira u stijenama po cijeloj površini planete i utječe na atmosferu na prilično važne načine. … Ako možemo uspostaviti hronologiju vremena preokreta, imamo oznake koje možemo upotrijebiti za datiranje stijena po cijelom planetu i znamo zajedničke vremenske točke oko cijele Zemlje. ”
Stvaranje Zemljinog magnetskog polja započinje u njegovom samom središtu. Toplina iz čvrste unutarnje jezgre proizvedene radioaktivnim raspadom zagrijava okolno tekuće željezo, uzrokujući da cirkulira poput lonca s vodom na štednjaku. Gibanje tekućine ili konvekcija željeza stvara električnu struju koja stvara magnetsko polje. Dok se Zemlja vrti, magnetsko se polje grubo poravnava s osi rotacije, stvarajući magnetski sjeverni i južni pol.
Tijekom posljednjih 2, 6 milijuna godina, Zemljino se magnetsko polje okrenulo 10 puta i gotovo okrenulo više od 20 puta tijekom događaja zvanih izleti. Neki istraživači vjeruju da su preokreti polariteta uzrokovani poremećajem ravnoteže između rotacije Zemlje i temperature u jezgri, što mijenja gibanje tekućeg željeza, ali točan postupak ostaje misterija.
Shematski prikaz nevidljivih linija magnetskog polja koje generira Zemlja, prikazanih kao dipolno magnetno polje. Zapravo, naš magnetski štit je stisnut bliže Zemlji sa strane okrenutoj Suncu i izrazito izdužen na noćnoj strani zbog solarnog vjetra. (Peter Reid / NASA) Pjevač i kolege dobili su preciznije kronološke procjene za posljednji preokret polariteta primjenom novih tehnika za datiranje očvrsnute lave. Bazaltska lava, koja eruptira oko 1100 stupnjeva Celzijusa (2.012 stupnjeva Celzija), sadrži magnetit, željezni oksid čiji se najudaljeniji elektroni orijentiraju duž magnetskog polja Zemlje. Kad se lava ohladi na 550 Celzijevih stupnjeva (1022 stupnja Farenhejta), "smjer magnetizacije se blokira i doslovno se zagrijava u protok", kaže Singer. Kao rezultat toga, povijest magnetskog polja utisnuta je u učvršćenu lavu, koju su Singer i njegov tim mogli pročitati koristeći specijalizirani postupak za mjerenje izotopa argona u raspadnutih uzoraka lave.
Nažalost za geologe (ali na sreću za sve nas), vulkani ne izbijaju cijelo vrijeme, što lavu čini pjegavim rekorderom evolucije magnetskog polja. Kako bi spojili nedostajuće datume, istraživački tim kombinirao je nova mjerenja iz sedam različitih izvora lave širom svijeta s prošlim zapisima magnetiziranih elemenata u oceanskim sedimentima i antarktičkim ledenim jezgrama. Za razliku od lave, ocean pruža kontinuirani zapis magnetizacije, jer se zrna magnetskog materijala stalno naseljavaju na morskom dnu i poravnavaju se s poljem planeta. "Ali ti se zapisi glatko i deformiraju sabijanjem, a puno je točaka koje žive na dnu morskog dna ... pa se zapis malo uništi", kaže Singer.
Antarktički led nudi treći način rješavanja povijesti zemljinog magnetskog polja, jer sadrži uzorke izotopa berilija koji nastaje kada kozmičko zračenje snažno djeluje s gornjom atmosferom - upravo ono što se događa kada magnetsko polje oslabi tijekom ekskurzije ili preokreta.
Kombinirajući sva tri navedena izvora, istraživači su zajedno zakrpili temeljitu priču o tome kako se magnetsko polje razvijalo tijekom posljednjeg preokreta. Dok su prethodne studije sugerirale da svi preokreti prođu kroz tri faze u vremenskom razmaku ne dužem od 9.000 godina, Singer je tim otkrio mnogo složeniji proces preokreta koji je trajao više od 22.000 godina.
"Možemo vidjeti puno više nijansi voštanja i smanjivanja jačine i usmjerenog ponašanja tijekom ovog razdoblja od 22.000 godina nego ikad prije", kaže Singer. "I ne podudara se sa [trofaznim] uzorkom ... pa mislim da će se morati vratiti na ploču za crtanje."
Nalazi dovode u pitanje hoće li budući preokreti na terenu pokazati slične zamršenosti i trajanja. "Ovo je važan rad, jer dokumentira nove vulkanske podatke i objedinjuje vulkanske i sedimentne zapise koji se odnose na nestabilnost geomagnetnog polja prije posljednjeg preokreta polariteta", kaže James Channell, geofizičar sa Sveučilišta na Floridi koji nije bio uključen u novom istraživanju, u e-poruci. "Je li ta nestabilnost prije preokreta karakteristična za sve preokrete polariteta? Za sada nema dokaza o tome iz starijih preokreta. "
Koautor studije Rob Coe i Trevor Duarte orijentirajući jezgre s mjesta protoka lave koji bilježe preokret magnetskog polariteta Matuyama-Brunhes u Nacionalnom parku Haleakala, Havaji, 2015. (Brad Singer) Čak i kod tri skupa mjerenja, ostaje pitanje hoće li povijest međusobne povezanosti pružiti dovoljno podataka o tome koliko dugo traje preokret i točno u kojem je stanju polje kad se pojave takvi preokreti. "Sve dok nijedan cjelovit zapis ne pokazuje dokaze o složenom slijedu događaja koji su prikazali autori, nisam uvjeren da nam neizvjesnosti u dobi omogućuju razaznavanje više od dvije različite faze", kaže Jean-Pierre Valet, geofizičar s pariškog Instituta za fiziku Zemlje koji nije bio uključen u istraživanje, e-mailom. Valet također dovodi u pitanje trajanje preokreta, tvrdeći da nesigurnosti u podacima sugeriraju da bi se čitav proces mogao kretati od 13.000 do 40.000 godina - još duže od prethodnih procjena.
Saznanje više o procesima koji dovode do preokreta polariteta moglo bi biti presudno za buduće civilizacije, jer pomično magnetsko polje može imati dalekosežne posljedice na planetu.
"Kad je [magnetsko] polje slabo, što je za vrijeme preokreta, glavno dipolno polje se srušava na nešto više od deset posto njegove normalne snage", kaže Singer. Ovaj bi kolaps mogao stvoriti probleme za život na Zemlji, jer magnetsko polje stabilizira molekule ozona, štiteći planet od ultraljubičastoga zračenja. Singer ističe kako nedavni rad sugerira da su moderni ljudi prilagođeni zaštitnim genima nakon što su neandertalci patili od zračenja tijekom ekskurzije koja je pogoršala magnetsko polje.
"Dugo se raspravlja o tome utječu li magnetski preokreti na biotu na površini Zemlje", kaže on. "Većina ranih tvrdnji na neki je način glupa, jer kronologija nije bila dovoljno dobra da bi znala da je, primjerice, otkrivanje fosila neandertalaca povezano s ekskurzijama. Ali sada znamo ta razdoblja mnogo bolje. "
U posljednjih 200 godina ili više, Zemljino magnetsko polje propada brzinom od pet posto svakog stoljeća. Ako ovo slabljenje i nedavna migracija sjevernog magnetskog pola ukazuju na preokret polja koji se nadima, to bi moglo imati ozbiljne posljedice za tehnologije koje se oslanjaju na satelite, a koji mogu biti oštećeni kozmičkim zračenjem. Međutim, Singer upozorava da se preokret vjerojatno neće dogoditi u sljedećih nekoliko tisućljeća.
"Ono što sada vidimo kako se sjeverni pol brzo kreće, to je zapravo sasvim normalno", kaže Singer. „Postoje radovi koji su objavljeni na temelju mnogo siromašnijih zapisa od onih s kojima radimo i koji sugeriraju da će se preokret dogoditi za manje od ljudskog života, a to ogromna većina zapisa nije podržana. ... Stvarni preokret, konačni preokret, traje nekoliko tisuća godina. "
To bi čovječanstvu trebalo kupiti neko vrijeme da bolje zaštiti svoj tehnologiju od zračenja do slijedećeg preokreta. Do tada, nemojte se uznemiriti ako vam se kompas pomakne za stupanj ili dva.
