Geologen hebben ontdekt dat sterke veranderingen in de polariteit van het aardmagnetisch veld in zeer korte tijd kunnen optreden - slechts anderhalve eeuw is genoeg om de polen meer dan 100 graden te laten draaien. Wetenschappers kwamen tot deze conclusie als gevolg van radio-isotoop- en paleomagnetische analyse van stalagmieten van ongeveer 100 duizend jaar oud, gevonden in een van de grotten in het zuiden van China. Bovendien kan zo'n snelle overgang het begin zijn van een lange periode van geodynamische anomalie, waarin het magnetisch veld van de aarde vrij vaak en snel van richting verandert in de loop van een millennium, schrijven wetenschappers in de Proceedings of the National Academy of Sciences.
Aan het begin van de 20e eeuw ontdekten geologen dat de magnetische zuid- en noordpool van de aarde tijdens het leven van onze planeet verschillende keren van plaats wisselden. Het proces van het wisselen van de polen is van stochastische aard en heeft daarom geen uitgesproken periode - tussen twee opeenvolgende veranderingen in posities kunnen enkele tientallen millennia en enkele miljoenen jaren plaatsvinden. Tegelijkertijd is tijdens het leven van een persoon op aarde zo'n omkering nooit gebeurd.
Aangenomen wordt dat de laatste van deze omwentelingen ongeveer 773 duizend jaar geleden plaatsvonden, maar daarna de zogenaamde 'geomagnetische excursies' - perioden van instabiliteit van het magnetische veld, waarin de richting van het magnetische veld tijdelijk roteert over een hoek van 60 tot 180 graden, waarna vrij snel keert terug naar zijn oorspronkelijke positie. De veldsterkte tijdens dergelijke evenementen kan in sommige gebieden tot bijna nul worden teruggebracht. Net als in het geval van een volledige omkering van het magnetische veld, gaan deze perioden van instabiliteit samen met turbulente processen die plaatsvinden in de vloeibaar-metaalschil van de aardkern; een ondubbelzinnige verklaring voor dit effect is echter nog niet voorgesteld.
Om de processen die plaatsvinden tijdens een dergelijke geomagnetische excursie nader te bestuderen, stelden geologen uit Taiwan, China en Australië, onder leiding van Chuan-Chou Shen van de National Taiwan University, voor om stalagmieten te bestuderen uit de Sanxing-grot in Zuid-China.
Locatie van de Sanxing-grot, waar stalagmieten werden verzameld voor paleomagnetisch onderzoek en foto's van twee stalagmieten werden onderzocht.
Analyse van het gehalte aan uranium- en thoriumisotopen in stalagmieten maakte het mogelijk om de monsters te dateren met een nauwkeurigheid van 10 jaar: het bleek dat de leeftijd van de rotsen 91 tot 107 duizend jaar is. Verdere paleomagnetische studies toonden aan dat tijdens dit interval een vrij groot aantal magnetodynamische anomalieën werd waargenomen op aarde, waarbij de duur en frequentie sterk varieerden. De amplitude van de omkering van het magnetische veld tijdens deze periode was soms meer dan 100 graden, terwijl deze rotaties een uitgesproken asymmetrie vertoonden - ten opzichte van de normale richting draaide de polariteit op het oostelijk halfrond voornamelijk naar het zuiden en oosten.
Het bleek dat als in de periode van 92 tot 98 duizend jaar geleden, sommige periodes van anomalieën zich millennia uitstrekten, dan 103-106 duizend jaar geleden, de duur van geomagnetische excursies iets korter was - enkele eeuwen. Wetenschappers slaagden er ook in om de duur van de omkering van het magnetische veld te meten. Het bleek dat het magnetische veld van de aarde slechts ongeveer 144 jaar nodig had om honderd graden te draaien - dit is veel minder dan de tijd die wetenschappers voorheen als voldoende beschouwden voor een dergelijk proces.
De kanteling van de magnetische as van de aarde in de periode van 99 tot 96 duizend jaar geleden (links) en het diagram van de maximale verplaatsing van de magnetische pool van de planeet tijdens deze periode (rechts).
Promotie video:
Volgens geologen maakten de gegevens die ze verkregen het voor het eerst mogelijk om de temporele kenmerken van geomagnetische excursies met een scherpe verandering in de polariteit van het magnetische veld van de aarde zo nauwkeurig in te schatten. De auteurs van het werk merken op dat tijdens perioden van dergelijke anomalieën het magnetische veld van de planeet altijd verzwakt is, waardoor kosmische straling dieper in de atmosfeer kan doordringen. De resultaten van het werk toonden aan dat een verandering in magnetische polariteit zeer snel kan optreden, en als dit gebeurt, heeft dit gevolgen voor satellietsystemen, de biosfeer en de menselijke samenleving.
Om de dynamiek van het magnetisch veld van de aarde nauwkeuriger te bestuderen, voeren wetenschappers niet alleen geologisch onderzoek uit, maar gebruiken ze ook moderne computationele methoden. Dus met behulp van computermodellering konden geologen aantonen dat de verandering in de magnetische polariteit van onze planeet hoogstwaarschijnlijk optreedt als gevolg van de impact van dynamogolven in de kern. Het is interessant dat bij het bestuderen van dergelijke complexe problemen soms niet alleen moderne benaderingen te hulp schieten, maar ook de rituelen van mensen die meer dan duizend jaar geleden op aarde leefden. Dus door de magnetisatie van zanddeeltjes te meten die werden gevormd bij het in brand steken van veekorralen in zuidelijk Afrika, hebben wetenschappers het beeld gereconstrueerd van de verdeling van het aardmagnetisch veld in 1000-1600 na Christus.
Alexander Dubov
