Мінливість магнітного поля Землі: інверсії та “екскурсії”

Геомагнітне поле має вирішальне значення для життя на Землі. Його можна розглядати як величезний кокон, що захищає нас від космічного випромінювання та заряджених частинок, якими бомбардує нашу планету сонячний вітер. Без нього життя, як ми його знаємо, не існувало б.

Що таке магнітне поле

Магнітне поле генерується усередині Землі рідинним зовнішнім сердечником із заліза, нікелю та інших металів, що створює електричні струми, які, у свою чергу, створюють магнітні поля. Велика частина поля формується на глибинах понад 3000 км при русі розплавленого заліза у зовнішньому ядрі. Інші 6% частково пов’язані з електричними струмами в просторі, що оточує Землю, а частково із-за намагнічених порід у верхній літосфері – жорсткій зовнішній частині Землі, що складається з кори і верхньої мантії. Проста форма магнітного поля виходить від диполя: пари однаково і протилежно заряджених полюсів. “Ми вже давно знаємо, що Земля не ідеальний диполь”, – сказав Морин Мо Вальчак, постдокторський дослідник з Університету штату Орегон і провідний автор дослідження. “Але при цьому коливання поля не є непередбачуваними та повторюються через певний відрізок часу”.

Магнітне поле Землі не ідеально узгоджується з віссю обертання, тому “істинна північ” відрізняється від “магнітної півночі”, говорять дослідники. У Північній півкулі така невідповідність в сучасній області, мабуть, обумовлено областями високої геомагнітної інтенсивності, які зосереджені нижче Північної Америки й Азії. Коли магнітне поле сильніше під Північною Америкою або знаходиться в “північноамериканському режимі”, воно демонструє високу інтенсивність в північній частині Тихого океану і низьку інтенсивність у Європі зі зміщенням на захід до Північної Атлантики. Альтернативний “європейський режим” в деякому роді протилежний – з низькою інтенсивністю в північній частині Тихого океану та в східній частині Північній Атлантиці, і високою інтенсивністю у Європі.

Зміна магнітних полюсів

Близько 800 000 років тому стрілка магнітного компаса вказала на південь, тому що магнітне поле Землі було скасоване. Ці розвороти зазвичай відбуваються кожні декілька сотень тисяч років. Хоча учені добре знайомі з моделлю розвороту в магнітному полі Землі, вторинна картина геомагнітного коливання” в періоди стабільної полярності, відома як палеомагнітна вікова варіація, або ПСВ, може бути ключем до розуміння того, чому відбуваються деякі геомагнітні зміни.

Падіння сили магнітного поля також збігається з екскурсіями – невдалими розворотами, при яких полюси, нарешті, повертаються в початкове положення. Такі явища відбуваються кожні 20 000-50 000 років, причому останнє сталося 41 500 років тому і може повторитися. Тоді магнітне поле Землі практично зникло, залишивши нашу планету незахищеною від бомбардування космічними променями.
Докази цієї події були виявлені дослідниками в ядрах відкладень, зібраних біля берегів Португалії та Папуа-Новой Гвінеї. У зразках вони виявили надлишок бериллія- 10, ізотопу, що створюється виключно зіткненнями часток космічного походження з атомами азоту і кисню. Отриманий у атмосфері бериллій-10 (10 Be) потім падає на поверхню Землі, де потрапляє в лід і в осадові відкладення. Там дослідники виявили в два рази більше бериллія-10, що свідчить про інтенсивне бомбардування космічним випромінюванням, якій Земля піддавалася впродовж декількох тисяч років. Сучасні прямі виміри магнітного поля показують швидке зменшення поля, яке почалося 2 500 років тому. Якщо це триватиме і в майбутньому, це може створити сприятливі умови для нової екскурсії або навіть розвороту впродовж двох або трьох тисяч років.

Пошук істини

Учені визначили закономірності в магнітному полі Землі, які еволюціонують близько 1000 років, забезпечуючи нове розуміння того, як працює поле, і додаючи трохи передбачуваності в областях, які раніше не були відомі. Це відкриття також дозволить дослідникам вивчати минуле планети з тоншим дозволом, використовуючи цей геомагнітний “відбиток пальця” для порівняння ядер опадів, узятих з Атлантичного і Тихого океанів. Проте, попри важливість, багато питань залишаються без відповідей на те, чому і як відбуваються ці зміни.

Традиційна ідея інверсії полягає в тому, що вона може початися у будь-якому місці ядра. Проте нова концептуальна модель припускає, що можуть бути особливі місця на межі ядра і мантії, які сприяють цим розворотам магнітного поля.

Оскільки космічні промені з високою енергією можуть викликати мутації й ушкодження клітин, така подія зробить значний вплив на біорізноманітність і, зокрема, на людей. Саме тому дослідники прагнуть з’ясувати точні швидкості інверсійних і екскурсійних послідовностей магнітного поля, щоб визначити потенційні закономірності в його поведінці і, таким чином, пролити світло на причину цих явищ, які відбуваються в ядрі Землі.