Изменчивость магнитного поля Земли: инверсии и “экскурсии”

Геомагнитное поле имеет решающее значение для жизни на Земле. Его можно рассматривать как огромный кокон, что защищает нас от космического излучения и заряженных частиц, которыми бомбардирует нашу планету солнечный ветер. Без него жизнь, как мы его знаем, не существовало бы.

Что такое магнитное поле

Магнитное поле генерируется внутри Земли жидкостным внешним сердечником из железа, никеля и других металлов, что создает электрические токи, которые, в свою очередь, создают магнитные поля. Большая часть поля формируется на глубинах более 3000 км при движении расплавленного железа во внешнем ядре. Другие 6% частично пов’связанные с электрическими токами в пространстве, что окружает Землю, а частично из-за намагниченных пород в верхней литосфере – жесткой внешней части Земли, состоящая из коры и верхней мантии. Простая форма магнитного поля получается от диполя: пары одинаково и противоположно заряженных полюсов. “Мы уже давно знаем, что Земля не идеальный диполь”, – сказал Морин Мо Вальчак, постдокторський исследователь из Университета штата Орегон и ведущий автор исследования. “Но при этом колебания поля не являются непредсказуемыми и повторяются через определенный отрезок времени”.

Магнитное поле Земли не идеально согласуется с осью вращения, поэтому “истинная север” отличается от “магнитной севере”, говорят исследователи. В Северном полушарии такое несоответствие в современной области, видимо, обусловлено областями высокой геомагнитной интенсивности, которые сосредоточены ниже Северной Америки и Азии. Когда магнитное поле сильнее под Северной Америкой или находится в “североамериканском режиме”, оно демонстрирует высокую интенсивность в северной части Тихого океана и низкую интенсивность в Европе со смещением на запад до Северной Атлантики. Альтернативный “европейский режим” в некотором роде противоположный – с низкой интенсивностью в северной части Тихого океана и в восточной части Северной Атлантике, и высокой интенсивностью в Европе.

Смена магнитных полюсов

Около 800 000 лет назад стрелка магнитного компаса указала на юг, потому что магнитное поле Земли было отменено. Эти развороты обычно происходят каждые несколько сотен тысяч лет. Хотя ученые хорошо знакомы с моделью разворота в магнитном поле Земли, вторичная картина колебания геомагнитного” в периоды стабильной полярности, известна как палеомагнітна возрастная вариация, или ПСВ, может быть ключом к пониманию того, почему происходят некоторые геомагнитные изменения.

Падение силы магнитного поля совпадает с экскурсиями – неудачными разворотами, при которых полюса, наконец, возвращаются в исходное положение. Такие явления происходят каждые 20 000-50 000 лет, причем последнее произошло 41 500 лет назад и может повториться. Тогда магнитное поле Земли практически исчезло, оставив нашу планету незащищенной от бомбардировки космическими лучами.
Доказательства этого происшествия были обнаружены исследователями в ядрах отложений, собранных у берегов Португалии и Папуа-Новой Гвинеи. В образцах они обнаружили избыток бериллія- 10, изотопа, что создается исключительно столкновениями частиц космического происхождения с атомами азота и кислорода. Полученный в атмосфере бериллій-10 (10 Be) затем падает на поверхность Земли, где попадает в лед и осадочные отложения. Там исследователи обнаружили в два раза больше бериллія-10, что свидетельствует об интенсивной бомбардировке космическим излучением, которой Земля подвергалась на протяжении нескольких тысяч лет. Современные прямые измерения магнитного поля показывают быстрое уменьшение поля, которое началось 2 500 лет назад. Если это будет продолжаться и в будущем, это может создать благоприятные условия для новой экскурсии или даже разворота на протяжении двух или трех тысяч лет.

Поиск истины

Ученые определили закономерности в магнитном поле Земли, которые эволюционируют около 1000 лет, обеспечивая новое понимание того, как работает поле, и добавляя немного предсказуемости в областях, которые ранее не были известны. Это открытие также позволит исследователям изучать прошлое планеты с разрешением тоньше, используя этот геомагнитный “отпечаток пальца” для сравнения ядер осадков, взятых с Атлантического и Тихого океанов. Однако, несмотря на важность, много вопросов остаются без ответов то, почему и как происходят эти изменения.

Традиционная идея инверсии заключается в том, что она может начаться в любом месте ядра. Однако новая концептуальная модель предполагает, что могут быть особые места на границе ядра и мантии, которые способствуют этим разворотам магнитного поля.

Поскольку космические лучи с высокой энергией могут вызвать мутации и повреждения клеток, такое событие окажет значительное влияние на биоразнообразие и, в частности, на людей. Именно поэтому исследователи стремятся с’выяснить точные скорости инверсионных и экскурсионных последовательностей магнитного поля, чтобы определить потенциальные закономерности в его поведении и, таким образом, пролить свет на причину этих явлений, которые происходят в ядре Земли.