Învârtindu-se în jurul nucleului solid solid al planetei noastre, la peste 1800 de mile sub suprafață, fierul lichid fierbinte generează un câmp magnetic care se întinde dincolo de atmosferă. Acest câmp ne oferă totul, de la direcții ale busolei până la protecția împotriva razelor cosmice, așa că nu este de mirare că oamenii de știință s-au alarmat la începutul acestui an când au observat că polul magnetic nordic a fost în derivă rapidă spre Siberia. În timp ce geofizicienii se scuturau pentru a lansa un model actualizat al câmpului magnetic al Pământului înainte de programul său de cinci ani, polul migrator a pus o întrebare urgentă: Câmpul magnetic al Pământului se pregătește să flipă?
Starea magnetică a lumii noastre este în continuă schimbare, polii magnetici nord și sud rătăcind cu câteva grade în fiecare secol. Ocazional câmpul magnetic se confruntă cu o inversare completă a polarității, ceea ce face ca polii nordici și sudici să schimbe locurile, deși nimeni nu știe cu exactitate care este cauza acestei transformări. (De fapt, polul nord al planetei este un pol sud magnetic în acest moment, dar este încă denumit „nord magnetic” pentru a corespunde măsurătorilor noastre geografice.)
Într-un studiu publicat astăzi în Science Advances, cercetătorii raportează o nouă cronologie estimată a ultimei inversări a polarității, denumită inversarea Brunhes-Matuyama, care s-a întâmplat în urmă cu aproximativ 780.000 de ani. Folosind o combinație de mostre de lavă, sedimente oceanice și miezuri de gheață, au fost capabili să urmărească evoluția acestei inversări și să demonstreze că modelul său a fost mai lung și mai complex decât sugerează modelele anterioare. Descoperirile ar putea permite o mai bună înțelegere a modului în care evoluează mediul magnetic al planetei noastre și, sperăm, să ghidăm predicțiile pentru perturbarea majoră.
„[Inversarea polarității] este unul dintre puținele fenomene geofizice care este cu adevărat globală”, spune Brad Singer, profesor de geoștiință la Universitatea din Wisconsin – Madison și autorul principal al studiului. „Este un proces care începe în părțile cele mai adânci ale Pământului, dar se manifestă în roci pe întreaga suprafață a planetei și influențează atmosfera în moduri destul de importante. ... Dacă putem stabili cronologie pentru momentul inversărilor, avem markere pe care le putem folosi pentru a roca roci de pe toată planeta și pentru a cunoaște punctele de timp comune de pe întregul Pământ. "
Generația câmpului magnetic al Pământului începe chiar în centrul său. Căldura din miezul interior solid produs de degradarea radioactivă încălzește fierul lichid din jur, determinând-o să circule ca o oală cu apă pe o plită. Mișcarea fluidului sau convecția fierului creează un curent electric, care generează un câmp magnetic. Pe măsură ce Pământul se învârte, câmpul magnetic se aliniază aproximativ cu axa de rotație, creând poli nordici și sudici magnetici.
În ultimii 2, 6 milioane de ani, câmpul magnetic al Pământului a răsucit de 10 ori și a trecut aproape de 20 de ori în timpul evenimentelor numite excursii. Unii cercetători consideră că inversările polarității sunt cauzate de o perturbare a echilibrului dintre rotația Pământului și temperatura din miez, care modifică mișcarea fluidului fierului lichid, dar procesul exact rămâne un mister.
Ilustrație schematică a liniilor câmpului magnetic invizibil generate de Pământ, reprezentată ca un câmp magnetic dipol. În realitate, scutul nostru magnetic este strâns mai aproape de Pământ pe partea orientată spre Soare și extrem de alungit pe partea de noapte din cauza vântului solar. (Peter Reid / NASA) Cântărețul și colegii au obținut estimări cronologice mai precise pentru ultima inversare a polarității prin utilizarea de tehnici noi pentru datarea de lavă solidificată. Lava bazaltică, care erupează în jur de 1.100 de grade Celsius (2.012 grade Fahrenheit), conține magnetită, un oxid de fier ai cărui electroni cei mai exteriori se orientează de-a lungul câmpului magnetic al Pământului. Când lava se răcește până la 550 de grade Celsius (1022 grade Fahrenheit), „direcția de magnetizare se blochează, se coace literalmente în flux”, spune Singer. Drept urmare, istoria câmpului magnetic este înscrisă în lavă solidificată, pe care Singer și echipa sa ar putea să o citească folosind un procedeu specializat pentru a măsura izotopii de argon ai probelor de lavă decăzută.
Din păcate pentru geologi (dar, din fericire, pentru ceilalți dintre noi), vulcanii nu erup tot timpul, făcând din lavă să fie un evidențier evident al evoluției câmpului magnetic. Pentru a cozi datele lipsă, echipa de cercetare a combinat noile măsurători din șapte surse diferite de lavă din întreaga lume cu înregistrări anterioare ale elementelor magnetizate din sedimentele oceanice și din miezurile de gheață din Antarctica. Spre deosebire de lavă, oceanul oferă un record continuu de magnetizare, deoarece boabele de material magnetic se așează constant pe fundul mării și se aliniază cu câmpul planetei. „Dar aceste înregistrări sunt netede și deformate prin compactare, și există o mulțime de criteri care trăiesc la fundul litoralului ..., astfel încât discul este distrus un pic”, spune Singer.
Gheața antarctică oferă o a treia cale de a rezolva istoria câmpului magnetic al Pământului, deoarece conține mostre de izotop de beriliu care se formează atunci când radiația cosmică interacționează puternic cu atmosfera superioară - tocmai ce se întâmplă când câmpul magnetic slăbește în timpul unei excursii sau inversări.
Combinând toate aceste trei surse, cercetătorii au corelat o poveste detaliată despre cum a evoluat câmpul magnetic în timpul ultimei inversări. În timp ce studiile anterioare au sugerat că toate inversările trec prin trei faze într-un interval de timp de maximum 9.000 de ani, echipa lui Singer a descoperit un proces de inversare mult mai complex, care a durat peste 22.000 de ani până la finalizare.
„Putem vedea mult mai multe nuanțe ale epilării și micșorării forțelor și a comportamentului direcțional în această perioadă de 22.000 de ani decât până acum”, spune Singer. „Și nu se potrivește cu modelul [trifazat]… așa că cred că vor trebui să se întoarcă pe tablă.”
Concluziile pun sub semnul întrebării dacă viitoarele inversări ale câmpului vor prezenta complicații și durate similare. "Aceasta este o lucrare importantă, deoarece documentează noi date vulcanice și reunește înregistrări vulcanice și sedimentare referitoare la instabilitatea câmpului geomagnetic înainte de ultima inversare a polarității", spune James Channell, un geofizician de la Universitatea din Florida care nu a fost implicat în noua cercetare, într-un e-mail. „Este această instabilitate pre-inversare o caracteristică a tuturor inversărilor de polaritate? Până acum, nu există nicio dovadă în acest sens din inversările mai vechi. "
Studiază coautorul Rob Coe și Trevor Duarte orientând nucleele de pe un site de flux de lavă care înregistrează inversarea polarității magnetice Matuyama-Brunhes în Parcul Național Haleakala, Hawaii, în 2015. (Brad Singer) Chiar și în cazul celor trei seturi de măsurători, rămâne oare o întrebare dacă istoricul corelat oferă suficiente informații despre cât durează o inversare și exact în ce stare se află câmpul atunci când apar astfel de flipuri. „Atâta timp cât nici o înregistrare completă nu dovedește succesiunea complexă a evenimentelor care sunt reprezentate de autori, nu sunt convins că incertitudinile în vârstă ne permit să discernem mai mult de două faze distincte”, spune Jean-Pierre Valet, un geofizician de la Institutul de Fizică a Pământului din Paris, care nu a fost implicat în cercetare, într-un e-mail. De asemenea, Valet pune la îndoială durata inversării, argumentând că incertitudinile din date sugerează că întregul proces ar fi putut varia între 13.000 de ani și 40.000 de ani - încă mai mult decât estimările anterioare.
Învățarea mai mult despre procesele care duc la inversări ale polarității ar putea fi critică pentru civilizațiile viitoare, deoarece câmpul magnetic în schimbare poate avea efecte de anvergură asupra planetei.
„Când câmpul [magnetic] este slab, care este în timpul inversărilor, câmpul dipol principal se prăbușește la ceva de ordinul a zece la sută din puterea sa normală”, spune Singer. Această colaps ar putea vrăji probleme pe viață pe Pământ, deoarece câmpul magnetic stabilizează moleculele de ozon, protejând planeta de radiațiile ultraviolete. Singer subliniază că lucrările recente sugerează oameni moderni, adaptați să aibă gene de protecție după ce neanderthalienii au suferit de radiații în timpul unei excursii care a deteriorat câmpul magnetic.
„S-a discutat de ceva vreme dacă inversările magnetice au un impact asupra biotei de la suprafața Pământului”, spune el. „Majoritatea afirmațiilor timpurii sunt un pic prevestitoare, deoarece cronologia nu a fost suficient de bună pentru a ști că descoperirea fosilelor de neandertali, de exemplu, a fost corelativă cu o excursie. Însă acum știm aceste vremuri mult mai bine. ”
În ultimii 200 de ani sau mai mult, câmpul magnetic al Pământului a scăzut cu o rată de cinci procente în fiecare secol. Dacă această slăbire și migrația recentă a polului magnetic nordic indică o inversare a câmpului în curs, ar putea avea implicații grave pentru tehnologiile care se bazează pe sateliți, care pot fi deteriorate de radiațiile cosmice. Cu toate acestea, Singer avertizează că nu se va întâmpla o inversare pentru următorul cuplu de milenii.
„Ceea ce vedem acum cu polul nord în mișcare rapidă, este de fapt destul de normal”, spune Singer. „Există lucrări publicate acolo pe baza unor înregistrări mult mai sărace decât cele cu care lucrăm, care sugerează că o inversare ar putea avea loc în mai puțin de o viață umană și asta nu este susținut de marea majoritate a înregistrărilor. ... Inversarea efectivă, inversarea finală, durează câteva mii de ani. "
Asta ar trebui să cumpere umanitatea ceva timp pentru a-și proteja mai bine tehnologiile de radiații prin următoarea inversare. Până atunci, nu vă alarmați dacă busola dvs. se schimbă cu un grad sau două.
