1

Badania te dają nowy wgląd w wirujący przepływ żelaza 2800 kilometrów pod powierzchnią planety i jak wpłynął on na ruch pola magnetycznego w ciągu ostatnich stu tysięcy lat.

Nasze pole magnetyczne jest generowane i utrzymywane przez konwekcyjny przepływ stopionego metalu, który tworzy zewnętrzne jądro Ziemi. Ruch płynnego żelaza tworzy prądy elektryczne, które zasilają pole, które nie tylko pomaga kierować systemami nawigacyjnymi, ale także osłania nas przed szkodliwym promieniowaniem pozaziemskim i utrzymuje naszą atmosferę w miejscu.

Pole magnetyczne stale się zmienia. Satelity zapewniają obecnie nowe środki do pomiaru i śledzenia jego bieżących zmian, ale pole istniało na długo przed wynalezieniem urządzeń rejestrujących stworzonych przez człowieka. Aby uchwycić ewolucję pola w czasie geologicznym, naukowcy analizują pola magnetyczne zarejestrowane przez osady, strumienie lawy i artefakty stworzone przez człowieka. Dokładne śledzenie sygnału z pola jądra Ziemi jest niezwykle trudne i dlatego tempo zmian pola szacowane na podstawie tego typu analiz jest nadal przedmiotem dyskusji.

Teraz dr Chris Davies, profesor nadzwyczajny w Leeds i profesor Catherine Constable ze Scripps Institution of Oceanography, UC San Diego, w Kalifornii przyjęli inne podejście. Połączyli symulacje komputerowe procesu generowania pola z niedawno opublikowaną rekonstrukcją zmian czasowych w ziemskim polu magnetycznym obejmującą ostatnie 100 000 lat

Jego badania, opublikowane w Nature Communications, pokazują, że zmiany w kierunku ziemskiego pola magnetycznego osiągały prędkości, które są do 10 razy większe niż najszybsze obecnie zgłaszane zmiany do jednego stopnia rocznie.

Wykazują one, że te szybkie zmiany są związane z lokalnym osłabieniem pola magnetycznego. Oznacza to, że zmiany te wystąpiły na ogół wokół czasów, gdy pole odwróciło biegunowość lub podczas ekskursji geomagnetycznych, gdy oś dipola — odpowiadająca liniom pola, które wyłaniają się z jednego bieguna magnetycznego i zbiegają się na drugim — przesuwa się daleko od lokalizacji północnych i południowych biegunów geograficznych.

Najwyraźniejszym przykładem tego w ich badaniu jest ostra zmiana kierunku pola geomagnetycznego o około 2,5 stopnia rocznie 39 000 lat temu. To przesunięcie było związane z lokalnie słabym natężeniem pola, w ograniczonym regionie przestrzennym tuż przy zachodnim wybrzeżu Ameryki Środkowej, i nastąpiło po globalnej ekskursji Laschampa – krótkim odwróceniu ziemskiego pola magnetycznego około 41 000 lat temu.

Podobne zdarzenia są identyfikowane w symulacjach komputerowych pola, które mogą ujawnić o wiele więcej szczegółów ich fizycznego pochodzenia niż ograniczona rekonstrukcja paleomagnetyczna.

Szczegółowa analiza wskazuje, że najszybsze zmiany kierunku są związane z ruchem odwróconych płatów strumienia na powierzchni płynnego jądra. Te łaty są bardziej powszechne na niższych szerokościach geograficznych, sugerując, że przyszłe poszukiwania szybkich zmian kierunku powinny skupić się na tych obszarach.

Dr Davies, ze Szkoły Ziemi i Środowiska, powiedział: „Mamy bardzo niekompletną wiedzę na temat naszego pola magnetycznego przed 400 lat temu. Ponieważ te szybkie zmiany reprezentują niektóre z bardziej ekstremalnych zachowań płynnego jądra, mogą one dostarczyć ważnych informacji na temat zachowania głębokiego wnętrza Ziemi.”

Profesor Constable powiedział: „Zrozumienie, czy symulacje komputerowe pola magnetycznego dokładnie odzwierciedlają fizyczne zachowanie pola geomagnetycznego, jak wywnioskowano z zapisów geologicznych może być bardzo trudne.

„Ale w tym przypadku byliśmy w stanie wykazać doskonałą zgodność zarówno w szybkości zmian i ogólnej lokalizacji najbardziej ekstremalnych wydarzeń w całym zakresie symulacji komputerowych. Dalsze badania ewoluującej dynamiki w tych symulacjach oferują użyteczną strategię dla udokumentowania, jak takie szybkie zmiany zachodzą i czy występują one również w czasach stabilnej polaryzacji magnetycznej, jak to, czego doświadczamy obecnie.”