Περιστρέφοντας γύρω από τον στερεό εσωτερικό πυρήνα του πλανήτη μας, πάνω από 1.800 μίλια κάτω από την επιφάνεια, ο θερμός υγρός σίδηρος παράγει ένα μαγνητικό πεδίο που εκτείνεται πέρα από την ατμόσφαιρα. Αυτό το πεδίο μας παρέχει τα πάντα, από τις κατευθύνσεις της πυξίδας μέχρι την προστασία από τις κοσμικές ακτίνες, οπότε δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι οι επιστήμονες ανησυχούσαν νωρίτερα αυτό το έτος, όταν διαπίστωσαν ότι ο βόρειος μαγνητικός πόλος κινήθηκε γρήγορα προς τη Σιβηρία. Ενώ οι γεωφυσικοί προσπαθούσαν να απελευθερώσουν ένα ενημερωμένο μοντέλο μαγνητικού πεδίου της Γης πριν από το πενταετές πρόγραμμά του, ο μεταναστευτικός πόλος έθεσε μια επείγουσα ερώτηση: Είναι το μαγνητικό πεδίο της Γης προετοιμασμένο να αναστρέψει;
Η μαγνητική κατάσταση του κόσμου μας αλλάζει διαρκώς, με τους μαγνητικούς βόρειους και νότιους πόλους να περιπλανιούνται από λίγους βαθμούς κάθε αιώνα περίπου. Περιστασιακά το μαγνητικό πεδίο βιώνει μια πλήρη αντιστροφή πολικότητας, προκαλώντας τους μαγνητικούς βόρειους και νότιους πόλους να αλλάζουν θέσεις, αν και κανείς δεν ξέρει ακριβώς τι προκαλεί αυτή την κίνηση. (Στην πραγματικότητα, ο βόρειος πόλος του πλανήτη είναι μαγνητικός νότιος πόλος αυτή τη στιγμή, αλλά αναφέρεται ακόμα ως "μαγνητικό βορρά" για να αντιστοιχεί στις γεωγραφικές μας μετρήσεις).
Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε σήμερα στο Science Advances, οι ερευνητές αναφέρουν ένα νέο εκτιμώμενο χρονοδιάγραμμα της τελευταίας αντιστροφής πολικότητας, που ονομάζεται αναστροφή Brunhes-Matuyama, η οποία συνέβη πριν από περίπου 780.000 χρόνια. Χρησιμοποιώντας ένα συνδυασμό δειγμάτων λάβας, ιζημάτων ωκεανού και πυρήνων πάγου, ήταν σε θέση να παρακολουθήσουν την εξέλιξη αυτής της αναστροφής και να αποδείξουν ότι το σχέδιό της ήταν μακρύτερο και πιο περίπλοκο από ό, τι πρότεινε τα προηγούμενα μοντέλα. Τα ευρήματα θα μπορούσαν να επιτρέψουν την καλύτερη κατανόηση του πώς εξελίσσεται το μαγνητικό περιβάλλον του πλανήτη μας και ελπίζουμε ότι θα καθοδηγήσει προβλέψεις για την επόμενη μεγάλη διαταραχή.
"Η αντιστροφή πολικότητας είναι ένα από τα λίγα γεωφυσικά φαινόμενα που είναι πραγματικά παγκόσμια", λέει ο Brad Singer, καθηγητής της γεωεπιστήμης στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison και επικεφαλής της μελέτης. "Είναι μια διαδικασία που αρχίζει στα βαθύτερα σημεία της Γης, αλλά εκδηλώνεται σε βράχους σε ολόκληρη την επιφάνεια του πλανήτη και επηρεάζει την ατμόσφαιρα με πολύ σημαντικούς τρόπους. ... Αν μπορέσουμε να δημιουργήσουμε χρονολόγηση για το χρονοδιάγραμμα των αντιστροφών, έχουμε δείκτες που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μέχρι σήμερα πέτρες σε όλο τον πλανήτη και να γνωρίζουμε κοινά χρονικά σημεία σε ολόκληρη τη Γη ».
Η γενιά του μαγνητικού πεδίου της Γης αρχίζει από το κέντρο της. Η θερμότητα από τον στερεό εσωτερικό πυρήνα που παράγεται από τη ραδιενεργή αποσύνθεση ζεσταίνει τον περιβάλλοντα υγρό σίδηρο, προκαλώντας την κυκλοφορία του σαν ένα δοχείο νερού σε ένα μαγειρικό σκεύος. Η κίνηση υγρού ή η ροή του σιδήρου δημιουργεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο παράγει ένα μαγνητικό πεδίο. Καθώς η Γη περιστρέφεται, το μαγνητικό πεδίο ευθυγραμμίζεται περίπου με τον άξονα περιστροφής, δημιουργώντας τους μαγνητικούς βόρειους και νότιους πόλους.
Τα τελευταία 2, 6 εκατομμύρια χρόνια, το μαγνητικό πεδίο της Γης ανάβει 10 φορές και σχεδόν αναστρέφεται περισσότερο από 20 φορές κατά τη διάρκεια εκδηλώσεων που ονομάζονται εκδρομές. Μερικοί ερευνητές πιστεύουν ότι οι αναστροφές της πολικότητας προκαλούνται από τη διατάραξη της ισορροπίας μεταξύ της περιστροφής της Γης και της θερμοκρασίας στον πυρήνα, η οποία μεταβάλλει τη ροή υγρού του σιδήρου, αλλά η ακριβής διαδικασία παραμένει μυστήριο.
Σχηματική απεικόνιση των αόρατων γραμμών μαγνητικού πεδίου που παράγονται από τη Γη, που αντιπροσωπεύεται ως πεδίο διπολικών μαγνητών. Στην πραγματικότητα, η μαγνητική ασπίδα μας πιέζεται πιο κοντά στη Γη στην πλευρά που βλέπει στον ήλιο και είναι εξαιρετικά επιμηκυμένη στη νυχτερινή πλευρά λόγω του ηλιακού ανέμου. (Peter Reid / NASA) Ο τραγουδιστής και οι συνάδελφοί του έλαβαν ακριβέστερες χρονολογικές εκτιμήσεις για την τελευταία αντιστροφή πολικότητας χρησιμοποιώντας νέες τεχνικές για τη χρονολόγηση στερεοποιημένης λάβας. Η βασαλτική λάβα, η οποία εκρήγνυται γύρω στους 1.100 βαθμούς Κελσίου, περιέχει μαγνητίτη, ένα οξείδιο σιδήρου του οποίου τα εξώτατα ηλεκτρόνια προσανατολίζονται κατά μήκος του μαγνητικού πεδίου της Γης. Όταν η λάβα ψύχεται στους 550 βαθμούς Κελσίου (1022 βαθμούς Φαρενάιτ), "η κατεύθυνση μαγνήτισης είναι κλειδωμένη, κυριολεκτικά ψημένη στη ροή", λέει ο Singer. Ως αποτέλεσμα, το ιστορικό του μαγνητικού πεδίου σφραγίζεται στη στερεοποιημένη λάβα, την οποία ο Singer και η ομάδα του μπορούσαν να διαβάσουν χρησιμοποιώντας μια εξειδικευμένη διαδικασία για τη μέτρηση των ισοτόπων αργού των δειγμάτων αποσυντεθειμένης λάβας.
Δυστυχώς για τους γεωλόγους (αλλά ευτυχώς για τους υπόλοιπους), τα ηφαίστεια δεν εκρήγνυνται όλη την ώρα, καθιστώντας τη λάβα μια κηλίδα κάτοχο ρεκόρ της εξέλιξης του μαγνητικού πεδίου. Για να ράψει μαζί τις ημερομηνίες που λείπουν, η ερευνητική ομάδα συνένωσε τις νέες μετρήσεις από επτά διαφορετικές πηγές λάβας σε όλο τον κόσμο με παλαιότερα αρχεία μαγνητισμένων στοιχείων σε ιζηματογενή ιζήματα και πυρήνες πάγου της Ανταρκτικής. Σε αντίθεση με τη λάβα, ο ωκεανός παρέχει μια συνεχή καταγραφή μαγνητισμού, αφού οι κόκκοι μαγνητικού υλικού εγκατασταθούν συνεχώς στο θαλασσινό νερό και ευθυγραμμίζονται με το πεδίο του πλανήτη. "Αλλά αυτά τα αρχεία γίνονται ομαλά και παραμορφωμένα με συμπίεση, και υπάρχουν πολλά critters που ζουν στο κάτω μέρος του θαλασσίου ύδατος ... έτσι το αρχείο καταστρέφεται λίγο", λέει ο Singer.
Ο πάγος της Ανταρκτικής προσφέρει έναν τρίτο τρόπο ανάλυσης του ιστορικού του μαγνητικού πεδίου της Γης, καθώς περιέχει δείγματα ισότοπου βηρυλλίου που σχηματίζεται όταν η κοσμική ακτινοβολία αλληλεπιδρά ισχυρά με την ανώτερη ατμόσφαιρα - ακριβώς αυτό που συμβαίνει όταν το μαγνητικό πεδίο εξασθενεί κατά τη διάρκεια μιας εκτροπής ή αναστροφής.
Συνδυάζοντας και τις τρεις αυτές πηγές, οι ερευνητές έσπρωξαν μια λεπτομερή ιστορία για το πώς εξελίχθηκε το μαγνητικό πεδίο κατά την τελευταία αναστροφή του. Ενώ οι προηγούμενες μελέτες υποδεικνύουν ότι όλες οι ανατροπές περνούν από τρεις φάσεις σε χρονικό διάστημα όχι μεγαλύτερο από 9.000 χρόνια, η ομάδα του Singer ανακάλυψε μια πολύ πιο περίπλοκη διαδικασία αναστροφής που χρειάστηκε πάνω από 22.000 χρόνια για να ολοκληρωθεί.
"Μπορούμε να δούμε πολύ περισσότερες αποχρώσεις της αποτρίχωση και την πτώση των δυνάμεων και της κατευθυντικής συμπεριφοράς κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου των 22.000 ετών από ποτέ άλλοτε", λέει ο Singer. "Και δεν ταιριάζει με το [τριών φάσεων] μοτίβο ... έτσι νομίζω ότι θα πρέπει να πάμε πίσω στο σχέδιο πίνακα."
Τα ευρήματα θέτουν υπό αμφισβήτηση αν οι μελλοντικές αναστροφές πεδίου θα παρουσιάσουν παρόμοιες περιπλοκές και διάρκειες. "Αυτό είναι ένα σημαντικό έγγραφο καθώς τεκμηριώνει νέα ηφαιστειακά δεδομένα και συγκεντρώνει ηφαιστειακά και ιζηματογενή αρχεία σχετικά με την αστάθεια του γεωμαγνητικού πεδίου πριν από την τελευταία αντιστροφή πολικότητας", λέει ο James Channell, γεωφυσικός από το Πανεπιστήμιο της Φλώριδας που δεν συμμετείχε στη νέα έρευνα, σε ένα ηλεκτρονικό ταχυδρομείο. "Αυτή η αστάθεια πριν την αναστροφή είναι χαρακτηριστικό όλων των αντιστροφών της πολικότητας; Μέχρι στιγμής, δεν υπάρχουν ενδείξεις αυτού από παλαιότερες ανατροπές. "
Μελετήστε τους συντρόφους Rob Coe και Trevor Duarte για τον προσανατολισμό πυρήνων από μια περιοχή ροής λάβας που καταγράφει την αντιστροφή μαγνητικής πολικότητας Matuyama-Brunhes στο Εθνικό Πάρκο Haleakala της Χαβάης το 2015. (Brad Singer) Ακόμα και με τις τρεις σειρές μετρήσεων, παραμένει κάποια ερώτηση σχετικά με το αν η ιστορία των patched-together παρέχει αρκετές πληροφορίες σχετικά με το πόσο χρονικό διάστημα διαρκεί μια αντιστροφή και ακριβώς ποια είναι η κατάσταση του πεδίου, όταν συμβαίνουν τέτοια κτυπήματα. "Εφόσον κανένα πλήρες αρχείο δεν δείχνει στοιχεία για τη σύνθετη διαδοχή γεγονότων που απεικονίζονται από τους συγγραφείς, δεν είμαι πεπεισμένος ότι οι αβεβαιότητες σχετικά με τις ηλικίες μας επιτρέπουν να διακρίνουμε περισσότερες από δύο ξεχωριστές φάσεις", λέει ο Jean-Pierre Valet, γεωφυσικός από το Ινστιτούτο Φυσικής της Γαλλίας του Παρισιού που δεν συμμετείχε στην έρευνα, σε ένα ηλεκτρονικό ταχυδρομείο. Ο κ. Valet αμφισβητεί επίσης τη διάρκεια της αναστροφής, υποστηρίζοντας ότι οι αβεβαιότητες στα δεδομένα υποδηλώνουν ότι ολόκληρη η διαδικασία θα μπορούσε να κυμανθεί από 13.000 χρόνια σε 40.000 χρόνια - ακόμα περισσότερο από τις προηγούμενες εκτιμήσεις.
Η μάθηση περισσότερων για τις διαδικασίες που οδηγούν στην αντιστροφή της πολικότητας μπορεί να είναι κρίσιμη για τους μελλοντικούς πολιτισμούς, καθώς το μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο μπορεί να έχει σημαντικές επιπτώσεις στον πλανήτη.
"Όταν το [μαγνητικό] πεδίο είναι αδύναμο, το οποίο είναι κατά τη διάρκεια των αναστροφών, το κύριο πεδίο διπολικών καταρρέει σε κάτι της τάξης του δέκα τοις εκατό της κανονικής του αντοχής, " λέει ο Singer. Αυτή η κατάρρευση θα μπορούσε να σημάνει πρόβλημα για τη ζωή στη Γη, καθώς το μαγνητικό πεδίο σταθεροποιεί τα μόρια του όζοντος, προστατεύοντας τον πλανήτη από την υπεριώδη ακτινοβολία. Ο τραγουδιστής επισημαίνει ότι πρόσφατες εργασίες δείχνουν ότι οι σύγχρονοι άνθρωποι προσαρμόζονται να έχουν προστατευτικά γονίδια αφού οι Νεάντερταλ υπέφεραν από ακτινοβολία κατά τη διάρκεια μιας εκδρομής που κατέστρεψε το μαγνητικό πεδίο.
"Έχει συζητηθεί για αρκετό διάστημα αν οι μαγνητικές αναστροφές έχουν αντίκτυπο στον ζιζάνιο στην επιφάνεια της Γης", λέει. "Οι περισσότερες από τις πρώτες αξιώσεις είναι κάπως αδόκιμες, επειδή η χρονολόγηση δεν ήταν αρκετά καλή για να ξέρει κανείς ότι η ανακάλυψη των απολιθωμάτων των Νεάντερταλ, για παράδειγμα, ήταν συσχετιστική με μια εκδρομή. Αλλά τώρα γνωρίζουμε πολύ καλύτερα αυτά τα χρονικά. "
Για τα τελευταία 200 χρόνια ή και περισσότερο, το μαγνητικό πεδίο της Γης καταστρέφεται με ρυθμό πέντε τοις εκατό κάθε αιώνα. Εάν αυτή η αποδυνάμωση και η πρόσφατη μετανάστευση του βόρειου μαγνητικού πόλου είναι ενδεικτικές μιας ανακάμψεως πεδίου, αυτό θα μπορούσε να έχει σοβαρές συνέπειες για τεχνολογίες που βασίζονται σε δορυφόρους, οι οποίοι μπορεί να υποστούν βλάβη από την κοσμική ακτινοβολία. Εντούτοις, ο Singer προειδοποιεί ότι η ανατροπή δεν είναι πιθανό να συμβεί για τις επόμενες δύο χιλιετίες.
"Αυτό που βλέπουμε τώρα με τον βόρειο πόλο να κινείται γρήγορα, είναι πραγματικά φυσιολογικό", λέει ο Singer. "Υπάρχουν έγγραφα που δημοσιεύονται εκεί με βάση πολύ φτωχότερα αρχεία από εκείνα με τα οποία εργαζόμαστε, γεγονός που υποδηλώνει ότι μια αναστροφή θα μπορούσε να λάβει χώρα σε λιγότερο από μια ανθρώπινη ζωή και αυτό δεν υποστηρίζεται από τη συντριπτική πλειοψηφία των αρχείων. ... Η πραγματική αντιστροφή, η τελική αντιστροφή, διαρκεί αρκετές χιλιάδες χρόνια. "
Αυτό θα έπρεπε να αγοράσει την ανθρωπότητα αρκετό καιρό για να προστατεύσει καλύτερα τις τεχνολογίες της από την ακτινοβολία από την επόμενη αντιστροφή. Μέχρι τότε, μην ανησυχείτε αν η πυξίδα σας μετατοπίζεται κατά ένα ή δύο βαθμούς.
