1

Hun studie geeft nieuw inzicht in de wervelende stroom ijzer 2800 kilometer onder het planeetoppervlak en hoe deze de beweging van het magnetisch veld in de afgelopen honderdduizend jaar heeft beïnvloed.

Ons magnetisch veld wordt opgewekt en in stand gehouden door een convectieve stroom van gesmolten metaal dat de buitenkern van de aarde vormt. Beweging van het vloeibare ijzer creëert de elektrische stromen die het veld aandrijven, dat niet alleen helpt navigatiesystemen te leiden, maar ook helpt ons te beschermen tegen schadelijke buitenaardse straling en onze atmosfeer op zijn plaats houdt.

Het magnetisch veld verandert voortdurend. Satellieten bieden nu nieuwe middelen om de verschuivingen in het veld te meten en te volgen, maar het veld bestond al lang voor de uitvinding van door mensen gemaakte registratieapparatuur. Om de evolutie van het veld door de geologische tijd heen vast te leggen, analyseren wetenschappers de magnetische velden die door sedimenten, lavastromen en door de mens gemaakte artefacten zijn geregistreerd. Het nauwkeurig traceren van het signaal van het aardkernveld is een enorme uitdaging en daarom wordt er nog steeds gediscussieerd over de snelheid waarmee de veldveranderingen worden geschat.

Nu hebben Dr. Chris Davies, universitair hoofddocent aan Leeds, en Professor Catherine Constable van het Scripps Institution of Oceanography, UC San Diego, in Californië, voor een andere aanpak gekozen. Zij combineerden computersimulaties van het veldgeneratieproces met een onlangs gepubliceerde reconstructie van de tijdsvariaties in het magnetisch veld van de aarde over de laatste 100.000 jaar

Uit hun studie, gepubliceerd in Nature Communications, blijkt dat veranderingen in de richting van het magnetisch veld van de aarde snelheden bereikten die tot tien maal groter zijn dan de snelste variaties die momenteel zijn gerapporteerd, namelijk tot één graad per jaar.

Zij tonen aan dat deze snelle veranderingen samenhangen met een plaatselijke verzwakking van het magnetisch veld. Dit betekent dat deze veranderingen zich over het algemeen hebben voorgedaan rond tijden dat het veld omkeerde van polariteit of tijdens geomagnetische excursies wanneer de dipool-as — die overeenkomt met veldlijnen die uit de ene magnetische pool komen en convergeren bij de andere — zich ver van de locaties van de geografische noord- en zuidpool beweegt.

Het duidelijkste voorbeeld hiervan in hun studie is een scherpe verandering in de richting van het geomagnetische veld van ruwweg 2,5 graden per jaar 39.000 jaar geleden. Deze verschuiving ging gepaard met een plaatselijk zwakke veldsterkte, in een beperkt ruimtelijk gebied vlak voor de westkust van Midden-Amerika, en volgde op de wereldwijde Laschamp-excursie — een korte omkering van het aardmagnetisch veld, ruwweg 41.000 jaar geleden.

Dergelijke gebeurtenissen zijn geïdentificeerd in computersimulaties van het veld, die veel meer details van hun fysische oorsprong kunnen onthullen dan de beperkte paleomagnetische reconstructie.

Uit hun gedetailleerde analyse blijkt dat de snelste richtingsveranderingen samenhangen met de beweging van omgekeerde fluxpatches over het oppervlak van de vloeibare kern. Deze fluxen komen vaker voor op lagere breedtegraden, zodat toekomstige zoektochten naar snelle richtingsveranderingen zich op deze gebieden zouden moeten richten.

Dr Davies, van de School of Earth and Environment, zei: “We hebben zeer onvolledige kennis van ons magnetisch veld van voor 400 jaar geleden. Aangezien deze snelle veranderingen tot de meest extreme gedragingen van de vloeibare kern behoren, kunnen ze belangrijke informatie geven over het gedrag van het diepe binnenste van de aarde: “Begrijpen of computersimulaties van het magnetisch veld het fysieke gedrag van het aardmagnetisch veld, zoals afgeleid uit geologische gegevens, accuraat weergeven, kan een hele uitdaging zijn.

“Maar in dit geval hebben we een uitstekende overeenkomst kunnen aantonen in zowel de snelheid van verandering als de algemene plaats van de meest extreme gebeurtenissen in een reeks computersimulaties. Verdere studie van de evoluerende dynamiek in deze simulaties biedt een nuttige strategie om te documenteren hoe zulke snelle veranderingen optreden en of ze ook voorkomen in tijden van stabiele magnetische polariteit zoals we die nu meemaken.”