Исследователи проанализировали хронологию содержания радиоактивного углерода в годичных кольцах ископаемых новозеландских деревьев каури и установили связь между инверсией магнитных полюсов и изменениями климата 42 тысячи лет назад.
Из-за ослабления магнитного поля космическое излучение значительно уменьшило концентрацию озона в атмосфере. Кроме глобальных климатических изменений это также могло нанести серьёзный ущерб многим экосистемам вплоть до вымирания отдельных видов животных и растений.
В 2019 году в Новой Зеландии было найдено ископаемое дерево (новозеландское каури, или Агатис южный, Agathis australis), которое росло около 40 тысяч лет назад и, предположительно, пережило локальный катаклизм, связанный с частичной инверсией (экскурсом) магнитного поля примерно в то время. Продолжительность жизни дерева составила около 1700 лет. Исследуя его годичные кольца можно реконструировать подробную хронологию этого палеомагнитного события (см. об этом отдельную статью). В частности, хронологию по годовым кольцам каури можно сопоставить с данными по глобальным климатическим изменениям, полученными другими методами. Группа планетологов на базе Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Сиднее в феврале 2021 года опубликовала статью в Science по результатам радиоуглеродного исследования нескольких ископаемых деревьев каури в связи с реконструкцией палеомагнитной истории.
Магнитное поле Земли как её защитная оболочка распространяется на несколько десятков тысяч километров в космическое пространство и влияет не только на атмосферу и ближние околоземные объекты, но даже на некоторые геологические процессы на Луне (на расстоянии 350—400 тысяч километров). Считается, что на Земле оно образуется из-за движения расплавленного металла во внешнем жидком ядре — это механизм магнитного геодинамо. Этот механизм представляет собой систему со сложным поведением (хаотической динамикой). В результате положение магнитных полюсов на Земле довольно быстро изменяется, а время от времени северный и южный магнитные полюса меняются местами — происходит инверсия полюсов. Такие события происходят в среднем каждые 300—600 тысяч лет, и их можно отследить по минералам в горных породах (по изменению направления намагниченности). Подробнее о дрейфе магнитного поля Земли и проблеме инверсии полюсов можно почитать в другой статье. Последняя такая инверсия произошла около 800 тысяч лет назад, то есть до появления человека как вида. Но магнитная система может совершать кратковременные смены полюсов, или экскурсы, продолжительностью в сотни или тысячи лет — очень мало по геологическим меркам. Наиболее изученным экскурсом является событие Лашамп—Каргаполово — кратковременная инверсия полюсов в течение около 500 лет 41—42 тысячи лет назад. Смена полюсов может теоретически происходить по разным механизмам, и в неблагоприятном сценарии влечёт ослабление магнитного поля Земли в переходный период. Это может катастрофически повлиять на живущие в этот период биосообщества.
Поскольку это событие случилось на памяти человека, заманчиво увязать его хронологически с какими-либо данными палеоантропологии. Так, высказываются даже предположения, что здесь можно искать связь с вымиранием неандертальцев «примерно» в это время, а также — с расцветом пещерной наскальной живописи. Но следует понимать, что пока что способов подтвердить или опровергнуть эти предположения на основании научного метода нет и подобные утверждения всё ещё остаются в рамках публицистики (такую идею предложили и планетологи, участвующие в программе изучения деревьев каури — авторы этой статьи в Science).
Исследователи провели радиоуглеродный анализ колец окаменевшего ствола дерева каури (Agathis australis), найденного в болотах на севере Новой Зеландии. Радиоактивный изотоп углерода-14 (14C) образуется под действием космического излучения, которое прорывается сквозь защитное магнитное поле Земли и влияет на атомы газов атмосферы. В работе отслеживалось изменение содержания 14C на протяжении сорокалетних интервалов, во время которых магнитное поле могло убывать и нарастать.
Удалось установить значительное увеличение содержания углерода-14 в атмосфере того времени и детализировать хронологию палеомагнитного экскурса. Согласно реконструкции, примерно 41,5 тысяч лет назад магнитное поле Земли ослабело до уровня ≈6% от современного значения. Это катастрофическое изменение должно было произойти в первой фазе события Лашамп, вероятно, как раз в период инверсии полюса. После смены полюсов напряжённость магнитного поля частично восстановилась, составляя примерно 70% от сегодняшней величины, а ещё через 500 лет вернулась к норме — экскурс магнитных полюсов завершился. Хронологическую шкалу этой частичной инверсии поля также привязали к геологическим летописям по данным в других точках мира и сопоставили с глобальными климатическими реконструкциями. В это же время Солнце переживало несколько «великих минимумов», на протяжении которых его магнитная активность была снижена.
Эти два фактора усиливали влияние космических лучей на атмосферу. В результате содержание озона в воздухе уменьшилось (озон как существенный компонент защитного слоя Земли разлагался под действием повышенных доз космического излучения). Это привело к существенным изменениям погодных условий, в частности, к высоким температурам и увеличению потока солнечного излучения, к которым живущим организмам было сложно приспособиться. Такие условия могли вызвать события частичных вымираний в тот период или способствовать им; в частности, по времени они коррелируют с известным эпизодом вымирания мегафауны Австралии.
Исследователи предложили полушутливое название для первой, самой катастрофической, фазы палеомагнитной инверсии — «событие Адамса». Название выбрано в честь писателя-фантаста Дугласа Адамса и отсылает к его знаменитому мему «42» — «ответу на главный вопрос Жизни, Вселенной и всего на свете» из «Путеводителя автостопщика по Галактике». 42 — потому что событие как раз произошло около 42 тысяч лет назад и предположительно вызвало серьёзные изменения в экосистеме Земли, а возможно, и в человеческой истории. Но насколько приживётся этот термин и вся предложенная схема климатической палеореконструкции — мы узнаем по прошествии некоторого времени.
Подготовка материала: Сергей Шапиро