Магнитное поле Земли, генерируется около 3000 км ниже наших ног в жидком железном сердечнике, пронизывающем всю нашу планету и распространяется далеко в космос - защищает жизнь на Земле и спутники на орбите от вредного излучения Солнца. Но этот защитный эффект далек от постоянного, так как напряженность поля значительно меняется как в пространстве, так и во времени.
За последнее столетие напряженность поля изменялась относительно медленно: самым большим изменением является 10-процентное падение силы поля в южной части Атлантического океана, которое все еще является достаточно большим, чтобы вызвать сбой электроники спутников, которые пролетают через этот район.
Однако новые наблюдения и моделирование показывают, что гораздо большее изменение очень странное и загадочное произошло около 1000 лет до нашей эры (3000 лет назад) в гораздо меньшем по размерам районе и было аномально локальным. Этот «геомагнитный сбой» дает новое понимание динамики и эволюции поля Земли, которое теперь начинает раскрываться.
Итак, каковы перспективы и последствия такого события на ближайшую перспективу?
Геомагнитный сбой произошедший 3000 лет назад впервые был идентифицирован при анализе состава медных шлаков, собранных в Иордании и Израиле. Они были датированы с использованием радиоуглеродного анализа.
Затем ученые исследовали медь, используя сложные лабораторные методы, чтобы определить, каким было магнитное поле Земли в то время - опираясь на то, что когда расплавленное железо быстро охлаждается, оно замерзает с сигнатурой поля в этот момент. Взяв образцы из разных слоев шлаковой кучи - с немного разным возрастом и намагничиванием - они также могли видеть, как изменяется напряженность поля со временем.
Они обнаружили, что медный шлак зафиксировал резкое увеличение силы магнитного поля Земли на участке суши 2000км, а затем сила магнитного поля Земли упала на 100% всего за 30 лет.
Неожиданно высокое возрастание и падение поля около 1000 до нашей эры также было обнаружено в образцах с территории Турции, Китая и Грузии. Примечательно, что напряженность поля в Индии, Египте и Кипре примерно в то же время была абсолютно нормальной, что указывает на то, что ширина района в котором произошло 100% падение силы магнитного поля Земли достигала всего 2000 км.
Такое быстрое изменение в такой небольшой области делает этот геомагнитный сбой, одним из самых экстремальных изменений магнитного поля Земли, из когда-либо зафиксированных.
Сбой геомагнитного поля планеты, наблюдаемый в Иордании, является результатом гораздо более сильной и более специфической магнитной особенности, создаваемой в жидком ядре Земли. Процесс, который генерировал сбой, по-прежнему окутан тайной, хотя он, вероятно, связан с потоком железа внутри ядра планеты, который перемещается вокруг магнитного поля при его движении (токи создают магнитные поля). Ядро нагревается снизу и охлаждается сверху, поэтому считается, что внутри железа происходит интенсивное турбулентное движение, подобно сильно нагретой кастрюле с водой. Одна из возможностей заключается в том, что локальный сбой поля тянется к поверхности из ядра Земли струей восходящего железа.
После этого локальное падение силы поля, могло переместится на северо-запад, прежде чем слилось с другими магнитными полями вблизи географических полюсов.
Рисунок 1. Сила магнитного поля Земли в 2010 году (слева) и 1000BC (справа).
Все эти варианты предполагают, что поведение жидкого железа на вершине ядра Земли около 1000BC сильно отличалось от поведения, наблюдаемого сегодня. Большинство наших знаний о ядре происходит примерно за последние 200 лет, что соответствует времени, когда были доступны измерения прямого магнитного поля. До открытия всплеска не было никаких оснований подозревать, что скорость основного потока будет значительно отличаться в 1000BC к сегодняшнему дню.
Однако, объясняя быстрые изменения, связанные с пиком, требуется поток в пять-десять раз больше, чем в настоящее время, большое изменение за короткий промежуток времени. Более того, такой узкий скачок требует локализованного потока, что контрастирует с циркуляциями глобального масштаба, которые мы видим сегодня. Перспектива того, что железное ядро может течь быстрее и измениться более внезапно, чем считалось ранее, вместе с возможностью того, что в прошлом случались еще более экстремальные подобные явлениям, бросает вызов традиционным взглядам на динамику ядра Земли.
Изменения в магнитном поле Земли, как правило, не считаются прямыми последствиями для жизни, но есть потенциально значительные социальные последствия, которые возникают из-за нашей зависимости от электронной инфраструктуры. Различные эффекты могут возникать в результате взаимодействия между магнитным полем Земли и заряженными частицами, достигающими Земли от Солнца.
Особое значение имеют геомагнитные бури (вызванные солнечным ветром), которые, как известно, вызывают перебои в подаче электроэнергии и сбои в спутниковых и коммуникационных системах. По оценкам, экономические последствия сильных штормов достигают астрономических сумм.
Геомагнитные бури, как правило, наиболее распространены в регионах, где магнитное поле Земли необычно слабо. Зоны "магнитного сбоя" являются областями необычайно сильного магнитного поля, но фундаментальный закон природы означает, что они должны сопровождаться регионами более слабого поля в других частях земного шара. Ключевой вопрос заключается в том, становится ли поле немного слабее над большой областью или становится очень слабым в небольшом регионе. Сценарий «всплеска поля» может быть аналогичным или более экстремальным, чем нынешнее слабое место в южной Атлантике.
Будут ли подобные аномальные скачки силы магнитного поля Земли в ближайшем будущем, сказать трудно. До недавнего времени иорданская аномалия была единственным подобным событием, когда-либо наблюдавшимся. Тем не менее, в настоящее время есть интригующие новые доказательства еще одной подобной аномалии в Техасе, произошедшей также около 1000 до нашей эры.
Наше понимание того, как эти аномальные всплески силы поля должны выглядеть, как они меняются во времени и как они соотносятся с движением жидкого железа в ядре Земли, требуют проведения новых исследований в этой области.
В сочетании с численными симуляциями, которые моделируют динамику ядра Земли, вскоре можно будет сделать первые прогнозы того, как часто происходят такие аномальные скачки силы магнитного поля нашей планеты, и наиболее вероятные места, где они могли произойти в прошлом и могут произойти в будущем. Может получиться, что они более распространены, чем мы думаем.
Статья опубликована в научном журнале phys.org 8.11.2017г
Свежие комментарии