Ученые идентифицировали закономерности в магнитном поле Земли, которые развиваются в течение порядка 1000 лет, обеспечивая новое понимание того, как работает поле, и добавляя меру предсказуемости неизвестным ранее изменениям в поле.
Открытие также позволит исследователям изучать прошлое планеты с более высоким разрешением, используя этот геомагнитный «отпечаток пальца» для сравнения кернов отложений, взятых из Атлантического и Тихого океанов.
Результаты исследования, проведенного при поддержке Национального научного фонда, недавно были опубликованы в Earth and Planetary Science Letters.
Геомагнитное поле имеет решающее значение для жизни на Земле. Без него заряженные частицы Солнца («солнечный ветер») сдули бы атмосферу, говорят ученые. Поле также помогает в навигации человека и миграции животных способами, которые ученые только начинают понимать. Столетия человеческих наблюдений, а также геологические данные показывают, что наше поле резко меняется в своей силе и структуре с течением времени.
Тем не менее, несмотря на его важность, многие вопросы о том, почему и как происходят эти изменения, остаются без ответа. Простейшая форма магнитного поля создается диполем: парой одинаково и противоположно заряженных полюсов, как у стержневого магнита.
«Мы уже давно знаем, что Земля не является идеальным диполем, и мы можем видеть эти несовершенства в исторических записях», - сказала Морин «Мо» Валчак, исследователь с докторской степенью в Университете штата Орегон и ведущий автор исследования. «Мы обнаруживаем, что недиполярные структуры не являются преходящими и непредсказуемыми вещами. Они очень долгоживущие, повторяющиеся более 10 000 лет и сохраняющиеся в своем местонахождении на протяжении всего голоцена.
«Это нечто вроде открытия Святого Грааля, - добавила она, - хотя оно и не идеально. Это важный первый шаг к лучшему пониманию магнитного поля и синхронизации данных осадочных кернов в более точном масштабе».
Около 800 000 лет назад стрелка магнитного компаса указывала бы на юг, потому что магнитное поле Земли было перевернутым. Такие инверсии обычно происходят каждые несколько сотен тысяч лет.
Хотя ученые хорошо осведомлены о схеме инверсий магнитного поля Земли, вторичная модель геомагнитного «колебания» в периоды стабильной полярности, известная как палеомагнитная вековая вариация, или PSV, может быть ключом к пониманию того, почему происходят некоторые геомагнитные изменения.
Магнитное поле Земли не совпадает идеально с осью вращения, поэтому «истинный север» отличается от «магнитного севера», говорят исследователи. В Северном полушарии это несоответствие в современном поле, по-видимому, вызвано областями высокой геомагнитной напряженности, которые сосредоточены под Северной Америкой и Азией..
«Чего мы не знали, так это того, имеет ли этот снимок какое-либо долгосрочное значение - и мы выяснили, что оно есть», - сказал Джозеф Стоунер, палеомагнитный специалист из Орегонского государственного университета и соавтор исследования. исследование.
Когда магнитное поле сильнее под Северной Америкой или в «североамериканской моде», оно вызывает крутые наклонения и высокую интенсивность в северной части Тихого океана и низкую напряженность в Европе с западным склонением в Северной Атлантике. Это больше соответствует историческим записям.
Альтернативный «европейский режим» в некотором роде противоположный, с пологим наклоном и низкой интенсивностью в северной части Тихого океана, склонением на восток в Северной Атлантике и высокой интенсивностью в Европе.
«Как оказалось, магнитное поле несколько проще, чем мы думали», - сказал Стоунер.«Это довольно простое колебание, которое, по-видимому, является результатом вариаций геомагнитной напряженности всего в нескольких повторяющихся местах с большими пространственными воздействиями. Мы еще не уверены, что вызывает эти вариации, хотя, вероятно, это комбинация факторов, включая конвекцию внешнего мира. ядро, конфигурация которого может быть смещена самой нижней мантией."
Исследователи смогли определить закономерность, изучив два керна отложений с высоким разрешением из залива Аляска, что позволило им разработать 17 400-летнюю реконструкцию PSV в этом регионе. Затем они сравнили эти записи с кернами отложений из других мест в Тихом океане, чтобы получить магнитный отпечаток, основанный на ориентации магнетита в отложениях, который действует как магнитный регистратор прошлого..
Общий магнитный сигнал, обнаруженный в ядрах, теперь покрывает территорию от Аляски до Орегона и далее до Гавайев.
«Магнитное выравнивание отдаленных реконструкций окружающей среды с использованием инверсий в палеомагнитной записи дает представление о прошлом в масштабе сотен тысяч лет», - сказал Вальчак.«Развитие согласованной стратиграфии PSV позволит нам взглянуть на записи в масштабе, возможно, всего за несколько столетий, сравнить события между океанскими бассейнами и по-настоящему разобраться в мельчайших подробностях того, как климатические аномалии распространяются по планете. шкала, имеющая отношение к человеческому обществу."
Магнитное поле создается внутри Земли жидким внешним ядром из железа, никеля и других металлов, которое создает электрические токи, которые, в свою очередь, создают магнитные поля. Магнитное поле достаточно сильное, чтобы защитить Землю от солнечных ветров и космического излучения. Тот факт, что он меняется, хорошо известен; причины почему так и остались загадкой.
Теперь эта загадка может быть немного ближе к разгадке.