Магнітне поле Землі, що генерується близько 3000 км нижче наших ніг в рідкому залізному сердечнику, що пронизує всю нашу планету і поширюється далеко в космос – захищає життя на Землі і супутники на орбіті від шкідливого випромінювання Сонця. Але цей захисний ефект далекий від постійного, так як напруженість поля значно змінюється як в просторі, так і в часі.
За останнє сторіччя напруженість поля змінювалася відносно повільно: найбільшим зміною є 10-відсоткове падіння сили поля в південній частині Атлантичного океану, яка все ще є достатньо великим, щоб викликати збій електроніки супутників, які пролітають через цей район.
Однак нові спостереження і моделювання показують, що набагато більша зміна дуже дивна і загадкова сталася близько 1000 років до нашої ери (3000 років тому) в набагато меншому за розмірами районі і була аномально локальною. Цей «геомагнітний збій» дає нове розуміння динаміки і еволюції поля Землі, яке тепер починає розкриватися.
Отже, які перспективи і наслідки такої події на найближчу перспективу?
Геомагнітний збій стався 3000 років тому вперше був ідентифікований при аналізі складу мідних шлаків, зібраних в Йорданії і Ізраїлі. Вони були датовані з використанням радіовуглецевого аналізу.
Потім учені досліджували мідь, використовуючи складні лабораторні методи, щоб визначити, яким було магнітне поле Землі в той час – спираючись на те, що коли розплавлене залізо швидко охолоджується, воно замерзає з сигнатурою поля в цей момент. Взявши зразки з різних верств шлакової купи – з трохи різним віком і намагнічуванням – вони також могли бачити, як змінюється напруженість поля з часом.
Вони виявили, що мідний шлак зафіксував різке збільшення сили магнітного поля Землі на ділянці суші 2000 км, а потім сила магнітного поля Землі впала на 100% всього за 30 років.
Несподівано високе зростання і падіння поля близько 1000 до нашої ери також було виявлено в зразках з території Туреччини, Китаю та Грузії. Примітно, що напруженість поля в Індії, Єгипті та на Кіпрі приблизно в той же час була абсолютно нормальною, що вказує на те, що ширина району в якому відбулося 100% падіння сили магнітного поля Землі досягала всього 2000 км.
Така швидка зміна в такій невеликій області робить цей геомагнітний збій, одним з найбільш екстремальних змін магнітного поля Землі, з коли-небудь зафіксованих.
Збій геомагнітного поля планети, спостережуваний в Йорданії, є результатом набагато сильнішої і більш специфічної магнітної особливості, створюваної в рідкому ядрі Землі. Процес, який генерував збій, як і раніше, оповитий таємницею, хоча він, імовірно, пов’язаний з потоком заліза всередині ядра планети, який переміщається навколо магнітного поля при його русі (струми створюють магнітні поля). Ядро нагрівається знизу і охолоджується зверху, тому вважається, що всередині заліза відбувається інтенсивний турбулентний рух, подібно сильно нагрітій каструлі з водою. Одна з можливостей полягає в тому, що локальний збій поля тягнеться до поверхні ядра Землі струменем висхідного заліза.
Після цього локальне падіння сили поля, могло переміститься на північний захід, перш ніж злилося з іншими магнітними полями поблизу географічних полюсів.
Малюнок 1. Сила магнітного поля Землі у 2010 році (зліва) і 1000BC (праворуч).
Всі ці варіанти припускають, що поведінка рідкого заліза на вершині ядра Землі близько 1000BC сильно відрізнялася від поведінки, що спостерігається сьогодні. Більшість наших знань про ядра відбувається приблизно за останні 200 років, що відповідає часу, коли були доступні вимірювання прямого магнітного поля. До відкриття сплеску не було жодних підстав підозрювати, що швидкість основного потоку буде значно відрізнятися в 1000 BC до сьогоднішнього дня.
Однак, пояснюючи швидкі зміни, пов’язані з піком, потрібно потік в п’ять-десять разів більший, ніж в даний час, велика зміна за короткий проміжок часу. Більш того, такий вузький стрибок вимагає локалізованого потоку, що контрастує з циркуляціями глобального масштабу, які ми бачимо сьогодні. Перспектива того, що залізне ядро може текти швидше і більш раптово змінитися, ніж вважалося раніше, разом з можливістю того, що в минулому траплялися ще більш екстремальні подібні явищ, кидає виклик традиційним поглядам на динаміку ядра Землі.
- Вчені закликали рятувати паразитів
- Французькі вчені оцінили кількість міжпланетного пилу, що осідає на Землю
Зміни в магнітному полі Землі, як правило, не вважаються прямими наслідками для життя, але є потенційно значні соціальні наслідки, які виникають через нашу залежність від електронної інфраструктури. Різні ефекти можуть виникати в результаті взаємодії між магнітним полем Землі і зарядженими частинками, що досягають Землі від Сонця.
Особливе значення мають геомагнітні бурі (викликані сонячним вітром), які, як відомо, викликають перебої в подачі електроенергії і збої в супутникових і комунікаційних системах. За оцінками, економічні наслідки сильних штормів сягають астрономічних сум.
Геомагнітні бурі, як правило, найбільш поширені в регіонах, де магнітне поле Землі незвичайно слабке. Зони “магнітного збою” є областями надзвичайно сильного магнітного поля, але фундаментальний закон природи означає, що вони повинні супроводжуватися регіонами більш слабкого поля в інших частинах земної кулі.
Ключове питання полягає в тому, чи стає поле трохи слабкішим над великою областю або стає дуже слабким в невеликому регіоні. Сценарій «сплеску поля» може бути аналогічним або більш екстремальним, ніж нинішнє слабке місце в південній Атлантиці.
Чи будуть подібні аномальні стрибки сили магнітного поля Землі в найближчому майбутньому, сказати важко. До недавнього часу йорданська аномалія була єдиною подібною подією, яка коли-небудь спостерігалася. Тим не менш, у даний час є інтригуючі нові докази ще однієї подібної аномалії в Техасі, що сталася також близько 1000 до нашої ери.
Наше розуміння того, як ці аномальні сплески сили поля повинні виглядати, як вони змінюються в часі і як вони співвідносяться з рухом рідкого заліза в ядрі Землі, потребують проведення нових досліджень у цій області.
У поєднанні з чисельними симуляціями, які моделюють динаміку ядра Землі, незабаром можна буде зробити перші прогнози того, як часто відбуваються такі аномальні стрибки сили магнітного поля нашої планети, та найбільш вірогідні місця, де вони могли відбутися в минулому і можуть виникнути у майбутньому. Може вийти, що вони більш поширені, ніж ми думаємо.
Стаття опублікована в науковому журналі phys.org 8.11.2017 р