Žemės magnetinio lauko apsisukimas: kas tai ir kaip vyksta

Geomagnetinis apsisukimas: sužinokite, kaip keičiasi Žemės magnetinis laukas, kiek trunka apsisukimai, jų poveikį ir mokslinius įrodymus nuo Brunhes iki Laschamp.

Geomagnetinis apsisukimas - tai planetos magnetinio lauko pokytis, kai pasikeičia magnetinės šiaurės ir magnetinių pietų padėtys.

Per pastaruosius 83 milijonus metų tai įvyko 183 kartus, vidutiniškai du ar tris kartus per milijoną metų. Prieš pasikeičiant magnetiniam laukui Žemės magnetinis laukas susilpnėja ir ima judėti, panašiai kaip besisukanti viršūnė prieš nukritimą. Mokslininkai tai žino ištyrę magnetizmą jūros dugne, netoli Atlanto vandenyno vidurio keteros. Iš šio plyšio (plyšio jūros dugne) lėtai iškeliauja lava, kuri atvėsta, o jos geležies oksido molekulės nukreiptos nauja Žemės magnetinio lauko kryptimi. Šiandien galime pažvelgti į šio magnetinio lauko istoriją, norėdami atsigręžti į daugybę praeityje įvykusių apsivertimų.

Apsisukimai vyksta nuo mažesnių nei 0,1 mln. metų iki 50 mln. metų intervalais. Šie laikotarpiai vadinami chronais.

Šiems pokyčiams nėra jokio dėsningumo - atrodo, kad jie vyksta atsitiktinai. Chronai trunka nuo 0,1 iki 1 milijono metų (žr. diagramą), vidutiniškai 450 000 metų. Dauguma pasikeitimų trunka nuo 1 000 iki 10 000 metų.

Paskutinis, Brunhes-Matuyama virsmas, įvyko prieš 780 000 metų ir galėjo įvykti labai greitai, per visą žmogaus gyvenimą. Trumpas visiškas apsisukimas, vadinamas Laschamp įvykiu, įvyko tik prieš 41 000 metų per paskutinį ledynmetį. Šis apsisukimas truko tik apie 440 metų, o tikrasis poliariškumo pasikeitimas truko apie 250 metų. Šio pasikeitimo metu magnetinio lauko stiprumas susilpnėjo iki 5 % dabartinio stiprumo. Trumpi sutrikimai, nesukėlę apsisukimo, vadinami geomagnetiniais ekskursais.

Kas sukelia apsisukimus?

Žemės magnetinį lauką generuoja geodinamo — skystojo geležies ir nikelio judėjimas Žemės išoriniame šerdyje. Konvekciniai srautai, sukimo (Coriolis) jėgos ir elektromagnetinės sąveikos sukuria sudėtingą, dinamišką lauką. Apsisukimai laikomi natūralia šio chaotiško geodinaminio proceso pasekme: laukui silpnėjant ir deformuojantis, senojo dipolio struktūra gali išnykti ir vėl atsinaujinti priešinga orientacija. Kompiuterinės simuliacijos, laboratoriniai tyrimai ir paleomagnetiniai duomenys rodo, kad tokie persitvarkymai gali įvykti spontaniškai be išorinės priežasties.

Kaip mes apie tai sužinome?

Yra kelios pagrindinės įrodymų rūšys:

• Vidinio vandenyno dugno juostos: uolienų magnetinės savybės šalia vidurio okeaninių keterų sudaro simetriškas juostas, kurios fiksuoja laiko eigoje besikeičiančias magnetinio lauko kryptis.
• Lavų srautai ir nuosėdos: kai lava ar uolienos atvėsta, magnetinės dalelės "užfiksuoja" lauko kryptį — tai leidžia rekonstruoti lauką praeityje.
• Archeomagnetika: senovės keramikos ar liepsnose kaitintos konstrukcijos išsaugojo geomagnetines orientacijas, padedančias datuoti ir aprašyti pokyčius per pastaruosius keliolika tūkstantmečių.

Kiek laiko trunka apsisukimas?

Trukmė labai skiriasi: kai kurie persitvarkymai vyksta per kelis šimtus metų (pvz., Laschamp), daugumai pilnas apsisukimas užtrunka nuo tūkstančio iki kelių dešimčių tūkstančių metų. "Chronai" — ilgesni stabilūs periodai — gali trukti nuo dešimčių tūkstančių iki milijonų metų. Nėra vieningo taisyklingumo, todėl neįmanoma tiksliai prognozuoti, kada įvyks kitas apsisukimas.

Ar apsisukimas pavojingas gyvybei ir technologijoms?

Trumpai:

• Gyvybei: nėra įrodymų, kad magnetiniai apsisukimai tiesiogiai sukeltų dideles masines išnykimus. Tačiau silpnas magnetinis laukas reiškia didesnį kosminių spindulių ir Saulės dalelių prasiskverbimą į atmosferą, kas gali šiek tiek padidinti spindulinį foną — ypač aukšta tikimybė keleiviams ir įgulai aukštai pakilimuose bei astronautams.
• Ekologija ir gyvūnija: kai kurie gyvūnai, kurie naudoja magnetinį lauką orientacijai (pvz., paukščiai, kai kurie žinduoliai), gali patirti dezorientaciją, bet evoliucinės adaptacijos ir kiti orientacijos mechanizmai (saulė, žvaigždės, kvapas) gali sumažinti poveikį.
• Technologijos: šiuolaikinė elektronika ir palydovai yra jautrūs kosminių spindulių poveikiui. Silpnesnis magnetinis laukas arba staigūs geomagnetiniai sutrikimai gali padidinti spindulinę apkrovą palydovams, sutrikdyti radijo ryšį, navigaciją ir elektros tinklus — ypač jei kartu kyla geomagnetinės audros.

Kaip stebima ir ar apsisukimas artėja?

Magnetinį lauką šiuo metu stebi Žemės paviršiaus observatorijos ir palydovų misijos (pvz., Europos Kosmoso Agentūros "Swarm"). Tyrimai rodo, kad visame pasaulyje lauko intensyvumas per pastaruosius kelis šimtmečius dalinai susilpnėjo — ypač matomas Pietų Atlanto anomalijos regionas. Tačiau lauko susilpnėjimas nėra patikimas rodiklis, kad apsisukimas netrukus įvyks: geodinaminiai procesai yra sudėtingi ir nestudijuojami iki tokio lygmens, kad būtų galima prognozuoti apsisukimus trumpuoju laikotarpiu.

Išvados

Geomagnetiniai apsisukimai yra natūralus Žemės geodinamikos produktas. Jie vyksta nereguliariais intervalais, trunka labai skirtingai ir, nors gali sukelti tam tikrų poveikių gyvybei ir technologijoms, nėra įrodymų, kad jie būtų katastrofiški. Mokslininkai toliau renka duomenis ir modeliuoja geodynamiką, kad geriau suprastų šiuos procesus ir pasiruoštų galimiems padariniams.

Praeities įrašai

Praeities geomagnetinių apsisukimų įrašai pirmą kartą buvo pastebėti stebint vandenyno dugno magnetinių juostų apsisukimus. Netrukus buvo sukurta plokščių tektonikos teorija. Palyginti pastovus jūros dugno plitimo greitis lemia "dryžius" bazalte. Iš šių praeityje buvusių magnetinių laukų poliškumo galima spręsti apie poliškumą. Duomenys gaunami velkant magnetometrą palei jūros dugną.

Joks esamas nesubdukuotas jūros dugnas nėra senesnis nei maždaug 180 mln. metų, todėl senesniems virsmams aptikti naudojami kiti metodai. Dauguma nuosėdinių uolienų turi nedidelius kiekius geležies turtingų mineralų. Jų orientacija atspindi magnetinį lauką jų susidarymo metu. Uolienos išsaugo šį įrašą, nebent vėliau vykstant kokiam nors procesui jis pasikeičia.

Superchrons

Superchronas - tai bent 10 milijonų metų trunkantis poliariškumo intervalas. Yra du gerai žinomi superchronai: Kreidos normalusis ir Kiamano.

Normalusis kreidos periodas (dar vadinamas kreidos superchronu arba C34) truko beveik 40 milijonų metų. Nuo kreidos normalo iki dabartinių laikų dažnumas apskritai lėtai didėjo.

Kiamano atvirkštinis superchronas truko nuo karbono pabaigos iki permo pabaigos. Tai yra daugiau kaip 50 mln. metų, nuo 312 iki 262 mln. metų (mya). Magnetinis laukas buvo pasikeitusio poliariškumo. Pavadinimas "Kiamanas" kilo nuo Australijos Kiamos kaimo, kuriame 1925 m. buvo rasti vieni pirmųjų geologinių superchrono įrodymų.

Geomagnetinis poliariškumas nuo viduriniojo juros periodo

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra geomagnetinis apsisukimas?

K: Kaip dažnai įvyksta tokie apsisukimai?

K: Kiek laiko trunka, kol įvyksta apsisukimas?

Klausimas: Koks yra trumpo visiško apsivertimo pavyzdys?

K.: Kiek silpnas buvo Žemės magnetinis laukas šio pasikeitimo metu?

K: Kas yra chronai?

K.: Kas yra geomagnetiniai svyravimai?

Paieška pagal raidę