Ģeomagnētiskā reversija — kas tā ir un kā ietekmē Zemi
Uzzini, kas ir ģeomagnētiskā reversija, kā tā maina Zemes magnētisko lauku, cik ātri notiek un kādas sekas var būt uz klimatu, tehnoloģijām un dzīvību.
Ģeomagnētiskā reversija ir planētas magnētiskā lauka izmaiņas, kad mainās magnētisko ziemeļu un magnētisko dienvidu pozīcijas.
Pēdējo 83 miljonu gadu laikā tas ir noticis 183 reizes, vidēji divas vai trīs reizes miljons gadu laikā. Pirms magnētiskā lauka maiņas Zemes magnētiskais lauks kļūst vājāks un pārvietojas, līdzīgi kā rotējoša virsotne pirms krišanas. Zinātnieki to zina, pētot magnētismu jūras dibenā, netālu no Atlantijas okeāna vidus grēdas. Lava lēnām virzās ārā no šīs plaisas (spraugas jūras dibenā), un tad tā atdziest, un tās dzelzs oksīda molekulas visas ir vērstas jaunā Zemes magnētiskā lauka virzienā. Mēs varam aplūkot šī magnētiskā lauka vēsturi šodien, lai atskatītos uz daudzajiem pagātnē notikušajiem pagriezieniem.
Pagriezieni notiek ar intervālu no mazāk nekā 0,1 miljona gadu līdz pat 50 miljoniem gadu. Šos periodus sauc par hroniem.
Šīm izmaiņām nav nekāda modeļa, tās notiek nejauši. Hroni ilgst no 0,1 līdz 1 miljonam gadu (sk. diagrammu), vidēji 450 000 gadu. Vairums maiņu ilgst no 1000 līdz 10 000 gadiem.
Pēdējais no tiem, Brunhes-Matuyama pavērsiens, notika pirms 780 000 gadiem, un tas, iespējams, notika ļoti ātri, cilvēka dzīves laikā. Īss pilnīgs pavērsiens, kas pazīstams kā Laschamp notikums, notika tikai pirms 41 000 gadu pēdējā leduslaikmeta laikā. Šis pavērsiens ilga tikai aptuveni 440 gadus, un faktiskā polaritātes maiņa ilga aptuveni 250 gadus. Šīs maiņas laikā magnētiskā lauka stiprums pavājinājās līdz 5 % no tā pašreizējā stipruma. Īsus traucējumus, kas neizraisa maiņu, sauc par ģeomagnētiskām ekskursijām.
Kas to izraisa? Zemes magnētiskais lauks rodas no tā sauktā ģeodinamo procesa šķidrā ārējā kodolā: karstā, šķidrā dzelzs un nikla plūsmu kustība kopā ar Zemes rotāciju rada elektriskos strāvas laukus, kas ģenerē magnētisko lauku. Reversijas rodas, kad šīs plūsmas un to konfigurācija mainās — tas ir sarežģīts, nelineārs process, ko pēta datora modeļi un laboratorijas eksperimenti.
Kā mēs to zinām — pierādījumi un datēšana
- Vidus-okeāna grēdas pavadjoslā iepretim jūras dibena izlietajām lavām redzamas magnētisko "svītras" ar pretējām polaritātēm; tas deva pirmos skaidros pierādījumus par regulārām reversijām.
- Vulkāniskie ieži un nogulumu slāņi saglabā magnetizāciju, kas ļauj noteikt laika secību, kad lauks bijis "uz priekšu" vai "apgriezts". Šo parādību kombinē ar radiometrisko datēšanu, lai gūtu vecumu.
- Reversijas atstāj zīmes arī kosmogēno izotopu (piem., 14C, 10Be) līmeņos, jo vājāks lauks — vairāk kosmisko staru sasniedz atmosfēru.
Laika mērogi: pilns reversijas process parasti notiek tūkstošos līdz desmitiem tūkstošu gadu. Ir gan ļoti īsi notikumi (ekskursijas), piemēram, Laschamp (daļēja vai īslaicīga polaritātes maiņa, ~440 gadu garumā ar ~250 gadu īsto maiņu), gan ilgāki pārejas periodi. Intervāli starp reversijām ir ļoti mainīgi — no hroniem mazākiem par 0,1 milj. gadu līdz desmitiem miljonu gadu.
Ietekme uz dzīvi un vidi
- Magnētiskā lauka pavājināšanās palielina kosmisko starojumu daudzumu, kas sasniedz atmosfēru un Zemes virsmu — tas izpaužas kā kosmogēno izotopu pieaugums un nedaudz palielināts radiācijas slogs augstāka lidojuma apstākļos un kosmosā. Tomēr atmosfēra joprojām aizsargā lielāko daļu dzīvības.
- Kā rāda pētījumi, nav pārliecinoša pierādījuma, ka reversijas būtu tieši saistītas ar masu izmiršanām. Daudzas sugas ir pārdzīvojušas agrākas pārejas.
- Dažām sugām, kas izmanto Zemes magnētismu orientācijai (piem., putniem, jūras bruņurupučiem), īslaicīgas izmaiņas var radīt navigācijas traucējumus, bet daudzi dzīvnieki izmanto arī citus orientēšanās signālus.
Ietekme uz modernu tehnoloģiju
- Satelīti, kosmosa aparāti un augstuma lidojumi var saskarties ar lielākām radiācijas problēmām, īpaši, ja lauka lokālās vājuma zonas kļūst plašākas (piem., Dienvidu Atlantijas anomalija).
- Lielas izmaiņas magnētiskajā laukā var radīt traucējumus navigācijas sistēmām un pastiprināt ģeomagnētiskos noslāpējumus, kas var ietekmēt elektrotīklus un uz zemes esošu aparatūru — tomēr šāda riska mazināšanai pastāv tehniskas aizsardzības un pielāgošanās iespējas.
Pašreizējā situācija un prognozes
Magnētiskā lauka stiprums pēdējos gadu simtos ir nedaudz mazinājies, un pastāv lokālas vājuma zonas, piemēram, Dienvidu Atlantijas anomalija. Tomēr tas nenozīmē, ka reversija tūlīt notiks — šo parādību prognozēšana ir sarežģīta. Modeļi var parādīt, kā varētu attīstīties pārejas, bet precīzu laiku un gaitu vēl nav iespējams noteikt ar drošību.
Kopsavilkums
Ģeomagnētiskā reversija ir dabisks Zemes ģeofizisks process, kas noticis daudzkārt pagātnē. Lai gan pārejas laikā magnētiskā lauka stiprums var samazināties un palielināties kosmiskā starojuma ietekme, atmosfēra un planētas aizsardzības mehānismi saglabā dzīves apstākļus. Zinātne turpina pētīt ģeodinamo procesus, labo paleomagnētiskos datus un pilnveido modeļus, lai labāk saprastu, kā un kad nākamā reversija varētu notikt.
Ģeomagnētiskā polaritāte pēdējo 5 miljonu gadu laikā (pliocēns un kvartārs, vēlais kainozoja laikmets). Tumšie apgabali = periodi, kuros polaritāte sakrīt ar pašreizējo Gaismie apgabali = periodi, kuros polaritāte ir mainījusies.
Pagātnes ieraksti
Ģeomagnētiskās pagātnes reversijas pagātnē pirmo reizi tika pamanītas, novērojot magnētisko joslu reversijas okeāna dibenā. Tas drīz vien noveda pie plākšņu tektonikas teorijas izstrādes. Salīdzinoši nemainīgais ātrums, ar kādu jūras gultne izplatās, rada "svītras" bazaltā. No šo magnētisko lauku polaritātes var secināt, kāda ir bijusi magnētiskā lauka polaritāte pagātnē. Dati tiek iegūti, velkot magnetometru gar jūras dibenu.
Neviens no esošajiem nesabducētajiem jūras dibeniem nav vecāks par aptuveni 180 miljoniem gadu, tāpēc vecāku reversu noteikšanai tiek izmantotas citas metodes. Lielākajā daļā nogulumiežu iežu ir nelieli dzelzs bagātu minerālu daudzumi. To orientācija atspoguļo magnētisko lauku to veidošanās laikā. Šie ieži saglabā šo ierakstu, ja vien tie nav mainījušies kāda vēlāka procesa rezultātā.
Superchrons
Superhrons ir polaritātes intervāls, kas ilgst vismaz 10 miljonus gadu. Ir divi labi zināmi superhroni - krīta normālais un Kiamanas.
Krīta normālais periods (saukts arī par krīta superhronu jeb C34) ilga gandrīz 40 miljonus gadu. No krīta normālā perioda līdz mūsdienām to biežums kopumā ir lēni palielinājies.
Kiamanas reversais superhrons ilga no karbona beigām līdz perma beigām. Tas ir vairāk nekā 50 miljonus gadu - no 312 līdz 262 miljoniem gadu (mya). Magnētiskais lauks bija mainījis polaritāti. Nosaukums "Kiaman" cēlies no Austrālijas ciemata Kiama, kur 1925. gadā tika atrasti vieni no pirmajiem ģeoloģiskajiem superhrona pierādījumiem.
Ģeomagnētiskā polaritāte kopš juras vidus
Cēloņi
Zemes un citu planētu, kurām ir magnētiskie lauki, magnētisko lauku rada izkausētas dzelzs dinamiskā darbība planētas kodolā. Šī konvekcija (kustība) rada elektriskās strāvas, kas savukārt rada magnētisko lauku. Planētu dinamikas simulācijās, veicot planētu dinamikas simulācijas, rodas reversijas, kas izriet no pamatā esošās dinamikas. Piemēram, Garijs Glatzmaiers (Gary Glatzmaier) un viņa kolēģis Pols Robertss (Paul Roberts) no Kalifornijas universitātes veica Zemes iekšienē esošās elektromagnētisma un šķidruma dinamikas sasaistes skaitlisko modeli. Viņu veiktā simulācija atveidoja galvenās magnētiskā lauka iezīmes vairāk nekā 40 000 gadu modelētā laikā, un datora ģenerētais lauks pats sevi apvērsa. Globāla lauka maiņa ar neregulāriem intervāliem ir novērota arī laboratorijas eksperimentā ar šķidro metālu VKS2.
Ietekme uz dzīvi
Cik mums zināms, tas neietekmē dzīvību. Ir veikti pētījumi, lai noskaidrotu, vai reversijas ir kaut kādā veidā saistītas ar izmiršanas gadījumiem. Statistiskā analīze neliecina par sakarību starp reversiem un izmiršanu.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir ģeomagnētiskais pavērsiens?
A: Ģeomagnētiskais pavērsiens ir planētas magnētiskā lauka maiņa, kad mainās magnētisko ziemeļu un magnētisko dienvidu stāvokļi.
J: Cik bieži notiek šādi pavērsieni?
A: Apmēram divas vai trīs reizes miljons gadu laikā, un intervāli ir no mazāk nekā 0,1 miljona gadu līdz pat 50 miljoniem gadu.
J: Cik ilgā laikā notiek maiņa?
A: Lielākā daļa apgriezienu notiek 1000 līdz 10 000 gadu laikā. Pēdējais - Brunhes-Matuyama pavērsiens - notika pirms 780 000 gadiem, un tas varēja notikt ļoti ātri, cilvēka dzīves laikā.
J: Kāds ir īsa pilnīga pagrieziena piemērs?
A: Īss pilnīgs pavērsiens, pazīstams kā Laschamp notikums, notika tikai pirms 41 000 gadu pēdējā leduslaikmeta laikā. Šis pavērsiens ilga tikai aptuveni 440 gadus, un faktiskā polaritātes maiņa ilga aptuveni 250 gadus.
J: Cik vājš bija Zemes magnētiskais lauks šīs maiņas laikā?
A: Šīs maiņas laikā magnētiskā lauka stiprums pavājinājās līdz 5 % no tā pašreizējā stipruma.
J: Kas ir hroni?
A: Hroni ir periodi, kas svārstās no 0,1 līdz 1 miljonam gadu ar vidēji 450 000 gadu intervālu starp tiem, kad maiņas notiek nejauši, bez jebkādas likumsakarības vai regularitātes.
J: Kas ir ģeomagnētiskās ekskursijas?
A: Ģeomagnētiskās ekskursijas ir īsi traucējumi, kas neizraisa pilnīgus pavērsienus, bet tomēr izraisa izmaiņas Zemes magnētismā.
Meklēt