Магнитное поле Земли, расположенное в 3000 километрах в жидком железном ядре, имеет решающее значение для жизни на нашей планете. Его эффекты распространяются в космос, окутывая нас электромагнитным одеялом, которое защищает атмосферу и спутники от солнечной радиации.
Тем не менее сила и направление поля постоянно меняются. Случались уже в прошлом загадочные перевороты магнитных полюсов, когда Южный Полюс становился Северным, и наоборот.
Давний вопрос состоял в том, как быстро поле может измениться. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, дало некоторые ответы.
Отслеживание изменений
Быстрые изменения магнитного поля представляют собой наиболее экстремальное поведение расплавленного железа в жидком ядре. На основании связи наблюдаемых изменений с основными процессами мы можем получить важную информацию об этой части нашей планеты.
Исторически самые быстрые изменения были связаны с реверсами, которые происходят с нерегулярными интервалами несколько раз в миллион лет. Но ученые обнаружили изменения поля, которые происходят гораздо быстрее и позже, чем любые данные, связанные с реверсами.
В настоящее время спутники помогают отслеживать изменения в этой области как в пространстве, так и во времени, что дополняется навигационными записями и наземными обсерваториями. Эта информация показывает, что изменения в современной реальности проходят не быстро, около одной десятой градуса в год. Но хотя мы знаем, что это поле существует по меньшей мере 3,5 миллиарда лет, нам ничего не известно о его поведении 400 лет назад.
Анализ магнетизма
Чтобы проследить древнее поле, ученые анализируют магнетизм, зафиксированный осадочными породами, лавовыми потоками и искусственными артефактами. Эти материалы содержат микроскопические магнитные зерна, которые регистрируют сигнатуру поля Земли в то время, когда они охлаждались (для лавы) или добавлялись к наземной массе (для отложений). Записи осадочных отложений из центральной Италии примерно во время последнего изменения полярности почти 800 тысяч лет назад свидетельствуют об относительно быстрых изменениях поля, достигающих одного градуса в год.
Однако такие измерения чрезвычайно сложны, и их результаты все еще обсуждаются. Например, существует неопределенность в процессе, посредством которого осадочные породы приобретают свой магнетизм.
Самые быстрые изменения происходят, когда части магнитного поля ослабевают
Новое исследование природы использует другой подход, в этом помогают компьютерные модели, основанные на физике процесса генерации поля. Также недавно была опубликована реконструкция глобальных изменений за последние 100 тысяч лет, основанная на компиляции измерений из отложений, лав и артефактов.
Изменения в магнитном поле достигали скорости, которая составляет до 10 градусов в год, — в 10 раз больше, чем самые быстрые зарегистрированные в настоящее время вариации.
Самые быстрые наблюдаемые изменения направления геомагнитного поля произошли около 39 тысяч лет назад. Данный сдвиг связан с локально слабым полем в ограниченном регионе недалеко от западного побережья Центральной Америки. К этому событию привела глобальная "экскурсия Лашампа" — "неудавшееся обращение" магнитного поля нашей планеты, случившееся около 41 000 лет назад, когда произошло кратковременное перемещение магнитных полюсов.
Наиболее быстрые изменения, по-видимому, возникают из-за локального ослабления магнитного поля. Возможно, это вызвано движением пятен интенсивного магнитного поля по поверхности жидкого ядра. Эти участки расположены чаще всего в более низких широтах, что предполагает, что будущие тренировки и поиски изменений должны быть сосредоточены в этих областях.
Ослабление поля чревато неприятностями для спутников
Изменения в магнитном поле, такие как реверс, вероятно, не представляют угрозы для жизни. Нам действительно удалось пережить драматическую "экскурсию Лашампа". Сегодня эта угроза в основном связана с нашей зависимостью от электронной инфраструктуры. Космические погодные явления, такие как геомагнитные бури, возникающие в результате взаимодействия магнитного поля с поступающей солнечной радиацией, могут нарушить спутниковую связь, GPS и электросети.
