Магнитное поле Земли достаточно стабильно, чтобы использование магнитного компаса имело смысл. Но движение магнитного поля есть. Магнитный Северный полюс в настоящее время движется в сторону Сибири, это движение неравномерно.
Иногда происходит так называемая инверсия магнитного поля Земли — магнитное поле резко меняет свою полярность. Это происходило много раз, но ни разу «на нашей памяти» — последнее событие датируется временем около 770 тысяч лет назад. Полного понимания того, почему и как это происходит, нет.
Исследование, проведённое геологом Брэдом Сингером (Brad Singer) и его коллегами из Висконсинского университета в Мадисоне, даёт новую оценку времени, которое потребовалось для смены полярности магнитного поля Земли последний раз. Предполагается, что процесс был довольно неторопливым — не менее 22 000 лет на полный цикл. Это дольше, чем полагали ранее, и результаты ставят под сомнение представление о том, что инверсия магнитного поля Земли может произойти практически мгновенно по геологическим меркам.
С помощью самой современной измерительной техники были изучены лавовые и океанские отложения из разных регионов Земли, а также образцы льда из Антарктиды. Данные показывают, что на протяжении тысячелетий поле ослабевало, частично смещалось, снова стабилизировалось, а затем, наконец, полностью изменило ориентацию и стало таким, каким мы его знаем сегодня.
Результаты работы актуальны: есть мнение, что мы переживаем время начала очередной инверсии магнитного поля Земли. Мнение не бесспорно, но в условиях, когда цивилизация настолько зависит от разнообразной электроники, следует адекватно оценивать возможные последствия таких изменений.
«Разворот происходит в самых глубоких частях земных недр, но эффекты проявляются везде на Земле и особенно на её поверхности и в атмосфере, — говорит Сингер. — Если у вас нет полной и высокоточной записи о том, как проявилась инверсия поля на поверхности Земли, трудно даже предполагать что-то о механике инверсии».
Магнитное поле Земли создаётся внешним ядром жидкого железа планеты, когда оно вращается вокруг твёрдого внутреннего ядра. Это действие и создаёт поле, которое наиболее стабильно, когда проходит примерно через географические Северный и Южный полюса. Поле сдвигается и значительно ослабевает во время разворотов.
Каким было магнитное поле в древности, можно судить по разного рода отложениям. Задача геологов — собрать воедино историю магнитных полей. Понятно, что наиболее полные данные можно получить для последнего разворота, названного именами его первооткрывателей — инверсия Матуямы—Брюнеса.
Сингер и его команда изучили лавовые отложения Чили, Таити, Гавайев, Карибского бассейна и Канарских островов. Образцы собирались в течение нескольких полевых сезонов.
«Потоки лавы — идеальные регистраторы магнитного поля. У них много железосодержащих минералов, и когда они остывают, частицы остаются в положении, определяемом полем, — говорит Сингер. — Но это прерывистая запись: вулканы не извергаются непрерывно. Поэтому требуется тщательная полевая работа, чтобы найти правильные записи».
Исследователи совместили данные о магнитном поле с датировкой образцов радиоизотопным методом на материале семи извержений лавы. Это позволило проанализировать изменения в магнитном поле в промежутке протяжённостью около 70.000 лет.
Оказалось, что окончательный поворот был довольно быстрым по геологическим стандартам: менее 4.000 лет. Но ему предшествовал длительный период нестабильности, который включал два временных, частичных разворота, и это происходило на протяжении 18.000 лет.
Данные, полученные при изучении потоков лавы, согласуются с данными, полученными при анализе морских отложений. Донные отложения — это менее точная, но непрерывная запись изменений магнитного поля. Исследователи включили в анализ и информацию о осаждении бериллия на поверхность Земли (получена при изучении антарктических льдов). Бериллий образуется при столкновении космического излучения с атмосферой. Когда магнитное поле меняет полярность, оно ослабевает, больше излучения попадает в атмосферу, больше бериллия производится.
С тех пор, как человечество измеряет силу магнитного поля, оно ослабевает примерно на пять процентов каждое столетие. Как показывают палеоданные, ослабление поля, по-видимому, является предвестником возможного разворота, хотя далеко не очевидно, что разворот неизбежен.
Процесс инверсии магнитного поля может существенно повлиять на навигацию, спутниковую и наземную связь. Но похоже, что у людей есть время на то, чтобы найти решение проблемы.
Материалы исследований опубликованы в журнале Science Advances.
Подготовка материала: Сергей Сыров