Земне магнітне поле багато разів міняло полярність за свою 4,5-мільярдну історію. За останні 83 мільйони років сталося близько 183 таких геомагнітних переворотів. Ідея, що ці події можуть бути пов’язані з масовими вимираннями, досі не має прямого доказу, але, як показує нове дослідження, кореляція нікуди не зникає. Про це пише Universe Today.
Геомагнітний переворот — це момент, коли північний і південний магнітні полюси міняються місцями. Сліди цих подій зберігаються в лавових потоках і осадових породах: магнітні мінерали «запам’ятовують» орієнтацію поля на час застигання чи накопичення. Вивчення таких «магнітних записів» називають палеомагнетизмом.
У середньому перевороти трапляються приблизно раз на 450 тисяч років, але це лише статистичне усереднення. У реальності немає чіткої періодичності: бувають довгі стабільні відрізки, які раптово змінюються фазами частих і хаотичних змін полярності. Останній повний переворот стався близько 780 тисяч років тому, тож формально ми вже «прострочили» середній інтервал, але це нічого не говорить про точний час наступної події.
Пермський період під прицілом палеомагнетизму
Нове дослідження, опубліковане в журналі National Science Review, зосереджене на пізньому пермському періоді. Стаття має назву «Geomagnetic instability as a potential deep-Earth forcing factor in the Permian environmental and biotic crisis», її провідний автор — Мін Чжан (Min Zhang) з Інституту геології та геофізики Китайської академії наук у Пекіні.
Автори нагадують, що перм відзначився глибокими змінами в магнітному полі, кліматі та біосфері, але детальні магнітостратиграфічні дані для ключових інтервалів досі були обмежені. У своїй роботі вони представляють високороздільний магнітостратиграфічний запис із розрізу Феншань на півдні Китаю, який охоплює 3,75 мільйона років.
Цей інтервал включає так званий гваделупо-лопінгський перехід — кінець гваделупського ярусу, що супроводжувався вимиранням (end-Guadalupian extinction) приблизно 262,5–258,75 мільйона років тому. Саме тут дослідники виявили надзвичайно нестабільне магнітне поле.
За їхніми даними, розріз містить 29 магнетозон і демонструє безпрецедентну частоту переворотів — близько 11 переворотів на мільйон років. Це один із найвищих показників за всю відому історію Землі. Така «магнітна лихоманка» в часі збігається з кінцем гваделупського вимирання приблизно 261 мільйон рік тому.
Автори підкреслюють: цей збіг свідчить про можливий внесок глибинних процесів у надрах Землі в екологічну кризу на поверхні. Однак причинно-наслідковий зв’язок поки що не доведений.
Магнітне поле, вулканізм і вимирання
Пермський період відомий не лише частими переворотами магнітного поля. У цей час формувалися великі магматичні провінції (Large Igneous Provinces, LIP) — гігантські області виливу магми, пов’язані з мантійними плюмами. Такі події різко змінюють атмосферу й клімат і часто збігаються з масовими вимираннями.
Великі магматичні провінції не схожі на сучасний вулканізм: це колосальні за масштабом виливи, які можуть тривати сотні тисяч років. Саме тому багато геологів вважають їх одним із головних кандидатів на роль «вбивці» давніх екосистем.
Нове дослідження показує, що період інтенсивних переворотів магнітного поля, активність LIP, зміни рівня моря, коливання вуглецю в атмосфері та падіння біорізноманіття в пізньому пермі всі приблизно збігаються в часі. На одному з графіків роботи Чжана ці процеси накладені один на одного, і кореляції важко не помітити.
Якщо геомагнітні перевороти, великі магматичні провінції та масові вимирання відбуваються одночасно, це натякає на можливий спільний глибинний механізм. Частота в 11 переворотів на мільйон років вказує, що в земному ядрі та мантії тоді відбувалося щось виняткове.
Автори пишуть, що така «нестабільність геодинамо» могла бути пов’язана з різними глибинними процесами. Тимчасовий збіг цих процесів із великими кліматичними зрушеннями та біотичними кризами вони називають «інтригуючим».
Чи винне ослаблене магнітне поле?
Одна з гіпотез полягає в тому, що під час переворотів магнітне поле слабшає, а отже, гірше захищає Землю від космічних променів і сонячного вітру. Це могло б посилити іонізацію у верхній атмосфері, сприяти руйнуванню озонового шару, втраті кисню та збільшенню потоку ультрафіолетового випромінювання на поверхню.
У статті зазначається, що така схема теоретично можлива, але більшість науковців ставиться до неї обережно. Наразі немає однозначних доказів, що саме ослаблення магнітного щита під час переворотів безпосередньо призводило до масових вимирань.
Натомість дослідники наголошують на сукупності факторів: глибинні процеси в надрах, які керують геодинамо, можуть одночасно впливати і на магнітне поле, і на вулканізм, і на кліматичні умови. У такій картині геомагнітна нестабільність — один із проявів більш масштабних змін усередині планети.
У підсумку автори роблять обережний висновок: їхні результати підкреслюють потенційно сильний вплив глибинних процесів і варіацій магнітного поля на умови на поверхні Землі та на пермську біотичну кризу. Але говорити про доведену причинність між переворотами поля та вимираннями поки що зарано.