Используя новые данные, собранные на участках в южной части Африки, исследователи Университета Рочестера расширили свои данные о магнитном поле Земли на тысячи лет назад, до первого тысячелетия.
Запись обеспечивает исторический контекст, чтобы помочь объяснить недавние, продолжающиеся изменения в магнитном поле, наиболее заметные в области в Южном полушарии, известной как Южно-Атлантическая аномалия.
«Мы уже давно знаем, что магнитное поле меняется, но мы не знали, было ли это необычным для этого региона в более длительном масштабе времени или это было нормально», - говорит Винсент. Хэйр, который недавно получил постдокторскую должность в Департаменте наук о Земле и окружающей среде (EES) Университета Рочестера и является ведущим автором статьи, опубликованной в Geophysical Research Letters.
Новые данные также предоставляют больше доказательств того, что регион на юге Африки может играть уникальную роль в смене магнитных полюсов.
"Мы получаем убедительные доказательства того, что есть что-то необычное на границе ядра и мантии под Африкой, что может иметь важное влияние на глобальное магнитное поле."
Магнитное поле, окружающее Землю, не только определяет направление стрелки компаса на север или юг, но и защищает планету от вредного излучения из космоса. Почти 800 000 лет назад полюса поменялись местами: север указывал на юг и наоборот. С тех пор полюса никогда полностью не менялись местами, но за последние 160 лет сила магнитного поля уменьшалась с угрожающей скоростью. Регион, где она наиболее слаба и продолжает ослабевать, представляет собой обширную территорию, простирающуюся от Чили до Зимбабве и называемую Южно-Атлантической аномалией..
Чтобы представить эти относительно недавние изменения в исторической перспективе, исследователи из Рочестера во главе с Джоном Тардуно, профессором и председателем EES, собрали данные с участков на юге Африки, которые находятся в пределах Южно-Атлантической аномалии, чтобы скомпилировать рекорд напряженности магнитного поля Земли за многие столетия. Данные, ранее собранные Тардуно и Рори Коттреллом, ученым-исследователем EES, вместе с теоретическими моделями, разработанными Эриком Блэкманом, профессором физики и астрономии в Рочестере, позволяют предположить, что центральная область под югом Африки может быть местом рождения недавних и будущих инверсий полюсов.
«Мы искали повторяющееся поведение аномалий, потому что мы думаем, что это то, что происходит сегодня и вызывает аномалию в Южной Атлантике», - говорит Тардуно. «Мы нашли доказательства того, что эти аномалии происходили в прошлом, и это помогает нам контекстуализировать текущие изменения в магнитном поле».
Исследователи обнаружили, что магнитное поле в регионе колебалось с 400 по 450 год нашей эры, с 700 по 750 год нашей эры и снова с 1225 по 1550 год нашей эры. Таким образом, эта южноатлантическая аномалия является самым последним проявлением повторяющегося явления в ядре Земли под Африкой, которое затем затрагивает весь земной шар.
«Мы получаем убедительные доказательства того, что есть что-то необычное на границе ядра и мантии под Африкой, что может иметь важное влияние на глобальное магнитное поле», - говорит Тардуно.
Исследователи собрали данные для этого проекта из неожиданного источника: древних остатков глины из Южной Африки, относящихся к раннему и позднему железному веку. В рамках области под названием «археомагнетизм» геофизики объединяются с археологами для изучения магнитного поля прошлого.
Рочестерская команда, в которую входили несколько студентов бакалавриата, сотрудничала с археологом Томасом Хаффманом из Университета Витватерсранда в Южной Африке, ведущим экспертом по Южной Африке железного века. Группа раскопала образцы глины в долине реки Лимпопо, которая граничит с Зимбабве, Южной Африкой и Ботсваной.
Во время железного века на юге Африки, примерно во время первого тысячелетия, существовала группа людей, говорящих на языке банту, которые выращивали зерно и жили в деревнях, состоящих из зернохранилищ, хижин и загонов для скота. Сквозняки были разрушительны для их сельскохозяйственной культуры. В периоды засухи они совершали тщательно продуманные ритуальные зачистки деревень, сжигая хижины и зернохранилища.
«Когда вы сжигаете глину при очень высоких температурах, вы на самом деле стабилизируете магнитные минералы, и когда они охлаждаются от этих очень высоких температур, они фиксируют магнитное поле Земли», - говорит Тардуно..
Исследователи извлекают образцы, ориентируют их в полевых условиях и возвращают в лабораторию для проведения измерений с помощью магнитометров. Таким образом, они могут использовать образцы для составления записи о магнитном поле Земли в прошлом.
Магнитное поле создается вращающимся жидким железом во внешнем ядре Земли. Именно здесь, примерно на 1800 миль ниже африканского континента, существует особая особенность. Сейсмологические данные выявили более плотный регион глубоко под югом Африки, который называется Большой африканской провинцией с низкой скоростью сдвига. Область расположена прямо над границей между горячим жидким внешним ядром и более жесткой и холодной мантией. Находясь поверх жидкого внешнего ядра, он может немного опуститься, нарушив поток железа и в конечном итоге повлияв на магнитное поле Земли.
Серьезное изменение магнитного поля будет иметь далеко идущие последствия; магнитное поле стимулирует токи во всем, что имеет длинные провода, включая электрическую сеть. Таким образом, изменения в магнитном поле могут вызвать сбои в электросети, сбои в работе навигационной системы и поломки спутников. Ослабление магнитного поля также может означать, что больше вредного излучения достигает Земли и вызывает рост заболеваемости раком кожи.
Харе и Тардуно предупреждают, однако, что их данные не обязательно предвещают полную смену полюсов.
«Теперь мы знаем, что такое необычное поведение случалось по крайней мере пару раз за последние 160 лет и является частью более крупной долгосрочной модели», - говорит Хэйр. «Однако просто слишком рано говорить наверняка, приведет ли такое поведение к полной смене полюсов».
Даже если полной смены полюсов не произойдет в ближайшем будущем, ослабление напряженности магнитного поля интригует ученых, говорит Тардуно.«Возможность продолжающегося ослабления напряженности магнитного поля является общественной проблемой, которая заслуживает дальнейшего изучения и мониторинга».
Это исследование финансировалось Национальным научным фондом США.