Geolodzy odkryli, że silne zmiany polaryzacji pola magnetycznego Ziemi mogą nastąpić w bardzo krótkim czasie - wystarczy półtora wieku, aby bieguny obróciły się o ponad 100 stopni. Naukowcy doszli do takiego wniosku w wyniku analizy radioizotopowej i paleomagnetycznej stalagmitów sprzed około 100 tys. Lat, znalezionych w jednej z jaskiń w południowych Chinach. Ponadto tak gwałtowne przejście może być początkiem długiego okresu anomalii geodynamicznej, w którym pole magnetyczne Ziemi dość często i szybko zmienia kierunek w ciągu tysiąclecia - piszą naukowcy w Proceedings of the National Academy of Sciences.
Na początku XX wieku geolodzy odkryli, że południowe i północne bieguny magnetyczne Ziemi kilkakrotnie zmieniały się w ciągu życia naszej planety. Proces zmiany biegunów ma charakter stochastyczny i dlatego nie ma wyraźnego okresu - między dwiema kolejnymi zmianami pozycji może nastąpić zarówno kilkadziesiąt tysiącleci, jak i kilka milionów lat. Jednocześnie za życia człowieka na Ziemi taka inwersja nigdy nie miała miejsca.
Uważa się, że ostatni z tych wstrząsów nastąpił ok. 773 tys. Lat temu, ale potem tzw. „Wyskoki geomagnetyczne” - okresy niestabilności pola magnetycznego, w których kierunek pola magnetycznego chwilowo obraca się o kąt od 60 do 180 stopni, po czym dość szybko wraca do swojej pierwotnej pozycji. Siła pola podczas takich wydarzeń w niektórych obszarach może być zredukowana prawie do zera. Podobnie jak w przypadku całkowitego odwrócenia pola magnetycznego, te okresy niestabilności są związane z burzliwymi procesami zachodzącymi w płynnej metalicznej powłoce jądra Ziemi, jednak nie zaproponowano jeszcze jednoznacznego wyjaśnienia tego efektu.
Aby bardziej szczegółowo zbadać procesy zachodzące podczas takiej wycieczki geomagnetycznej, geolodzy z Tajwanu, Chin i Australii, kierowani przez Chuan-Chou Shen z National Taiwan University, zaproponowali zbadanie stalagmitów z jaskini Sanxing w południowych Chinach.
Lokalizacja jaskini Sanxing, w której zebrano stalagmity do badań paleomagnetycznych oraz zbadano zdjęcia dwóch stalagmitów.
Analiza zawartości izotopów uranu i toru w stalagmitach pozwoliła na datowanie próbek z dokładnością do 10 lat: okazało się, że wiek skał wynosi od 91 do 107 tys. Lat. Dalsze badania paleomagnetyczne wykazały, że w tym okresie na Ziemi zaobserwowano dość dużą liczbę anomalii magnetodynamicznych, których czas trwania i częstotliwość były bardzo zróżnicowane. Amplituda odwrócenia pola magnetycznego w tym okresie czasami przekraczała 100 stopni, podczas gdy te obroty wykazywały wyraźną asymetrię - w stosunku do normalnego kierunku polaryzacja na półkuli wschodniej obracała się głównie na południe i wschód.
Okazało się, że jeśli w okresie od 92 do 98 tysięcy lat temu niektóre okresy anomalii rozciągały się przez tysiąclecia, to 103-106 tysięcy lat temu czas trwania wycieczek geomagnetycznych był nieco krótszy - kilka wieków. Naukowcom udało się również zmierzyć czas trwania odwrócenia pola magnetycznego. Okazało się, że pole magnetyczne Ziemi potrzebowało tylko około 144 lat, aby obrócić się o sto stopni - to znacznie mniej niż czas, który naukowcy wcześniej uważali za wystarczający do takiego procesu.
Nachylenie osi magnetycznej Ziemi w okresie od 99 do 96 tys. Lat temu (po lewej) oraz wykres maksymalnego przemieszczenia bieguna magnetycznego planety w tym okresie (po prawej).
Film promocyjny:
Zdaniem geologów uzyskane przez nich dane pozwoliły po raz pierwszy z taką dokładnością oszacować charakterystykę czasową wahań geomagnetycznych przy gwałtownej zmianie polaryzacji pola magnetycznego Ziemi. Autorzy pracy zauważają, że w okresach takich anomalii pole magnetyczne planety jest zawsze osłabione, przez co promieniowanie kosmiczne może wnikać głębiej w atmosferę. Wyniki prac pokazały, że zmiana polaryzacji magnetycznej może nastąpić bardzo szybko, a jeśli tak się stanie, będzie miała wpływ na systemy satelitarne, biosferę i społeczeństwo ludzkie.
Aby dokładniej zbadać dynamikę pola magnetycznego Ziemi, naukowcy prowadzą nie tylko badania geologiczne, ale także wykorzystują nowoczesne metody obliczeniowe. Tak więc za pomocą modelowania komputerowego geolodzy byli w stanie wykazać, że zmiana polaryzacji magnetycznej naszej planety najprawdopodobniej następuje w wyniku uderzenia fal dynamo wewnątrz jądra. Ciekawe, że czasami przy badaniu tak złożonych problemów na ratunek przychodzą nie tylko nowoczesne podejścia, ale także rytuały ludzi, którzy żyli na Ziemi ponad tysiąc lat temu. Tak więc, mierząc namagnesowanie cząstek piasku, które powstały podczas podpalania zagród dla bydła w południowej Afryce, naukowcy zrekonstruowali obraz rozkładu pola magnetycznego Ziemi w latach 1000-1600 ne.
Alexander Dubov