الفلك

انعكاس الأقطاب المغناطيسية للأرض

انعكاس الأقطاب المغناطيسية للأرض


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

عندما تنعكس الأقطاب المغناطيسية للأرض ، هل تستمر الأرض في الدوران في نفس الاتجاه أم أنها تبدأ بالدوران في الاتجاه المعاكس؟


ستستمر الأرض في الدوران في نفس الاتجاه أثناء الانعكاس المغنطيسي الأرضي.

تم نشر بعض المقالات حول هذه الظاهرة خلال عام 2018:

ناشيونال جيوغرافيك - لا ، لسنا محكومين جميعًا بانقلاب المجال المغناطيسي للأرض

Science Daily - المجال المغناطيسي للأرض ليس على وشك الانعكاس

المحادثة - ينقلب المجال المغناطيسي للأرض في كثير من الأحيان - الآن نعرف السبب


لقد سعيت للحصول على إجابة من الدكتور كريستوفر س. بيرد وأقوم بإعادة توجيه إجابته. هذا غير صحيح. في الوقت الحاضر ، يشير القطب الشمالي الجغرافي نحو نجم الشمال ، و جنوب يشير القطب المغناطيسي نحو نجم الشمال تقريبًا. بعد الانعكاس التالي ، فإن ملف جنوب سوف يشير القطب المغناطيسي بعيدًا عن القارة القطبية الجنوبية.

عندما تنقلب الأقطاب المغناطيسية ، سيكون لها تأثير صفري على الاتجاه المادي للأرض أو موقع أقطابها الجغرافية. سيظل القطب الشمالي الجغرافي في القطب الشمالي بالقرب من كندا ويشير نحو نجم الشمال ، وسيظل القطب الجغرافي الجنوبي في أنتاركتيكا. دوران الأرض (الذي يحدد القطبين الجغرافيين) له تأثير طفيف وغير مباشر ومعقد على التدفق اللولبي لللب الخارجي السائل للأرض (الذي يحدد الأقطاب المغناطيسية). هذا هو السبب في أن الأقطاب الجغرافية والأقطاب المغناطيسية قريبة من محاذاة. ومع ذلك ، فإن التدفق المتصاعد لللب السائل للأرض ليس له أي تأثير على الدوران الكلي للأرض. هذا يعني أن التغييرات في المجال المغناطيسي للأرض لا تؤثر على الدوران الكلي للأرض. ستظل الشمس تشرق في الشرق.


كان انعكاس قطبية العصر الجليدي حدثًا عالميًا: انعكاس قصير للغاية للمجال المغنطيسي الأرضي ، وتقلب المناخ ، والبركان الفائق

منذ حوالي 41000 عام ، حدث انعكاس كامل وسريع للمجال المغنطيسي الأرضي. تظهر الدراسات المغناطيسية لمركز GFZ الألماني للأبحاث لعلوم الأرض على نوى الرواسب من البحر الأسود أنه خلال هذه الفترة ، خلال العصر الجليدي الأخير ، كانت بوصلة في البحر الأسود تشير إلى الجنوب بدلاً من الشمال.

علاوة على ذلك ، فإن البيانات التي حصل عليها فريق البحث حول الباحثين في GFZ الدكتور نوربرت نوفاكزيك والبروفيسور هيلج أرز ، جنبًا إلى جنب مع بيانات إضافية من دراسات أخرى في شمال المحيط الأطلسي وجنوب المحيط الهادئ وهاواي ، تثبت أن انعكاس القطبية كان حدثًا عالميًا. تم نشر نتائجهم في العدد الأخير من المجلة العلمية رسائل علوم الأرض والكواكب.

اللافت للنظر هو سرعة الانعكاس: "هندسة المجال للقطبية المعكوسة ، مع خطوط المجال التي تشير إلى الاتجاه المعاكس بالمقارنة مع التكوين الحالي ، استمرت لنحو 440 عامًا فقط ، وكانت مرتبطة بقوة المجال التي كانت فقط ربع المجال الحالي "، يشرح نوربرت نواكزيك. "تغيرات القطبية الفعلية استمرت 250 عامًا فقط. من حيث المقاييس الزمنية الجيولوجية ، هذا سريع جدًا." خلال هذه الفترة ، كان المجال أضعف ، مع 5 ٪ فقط من شدة المجال اليوم. نتيجة لذلك ، فقدت الأرض تقريبًا درع الحماية الخاص بها من الأشعة الكونية الصلبة ، مما أدى إلى زيادة التعرض للإشعاع بشكل كبير.

تم توثيق ذلك من خلال قمم البريليوم المشع (10 بي) في قلب الجليد من هذا الوقت ، المستعاد من الغطاء الجليدي في جرينلاند. 10 كن كذلك الكربون المشع (14 درجة مئوية) ناتج عن اصطدام البروتونات عالية الطاقة من الفضاء مع ذرات الغلاف الجوي.

حدث لاشامب

إن انعكاس القطبية الموجود الآن مع مغنطة رواسب البحر الأسود معروف بالفعل منذ 45 عامًا. تم اكتشافه لأول مرة بعد تحليل مغنطة العديد من تدفقات الحمم البركانية بالقرب من قرية Laschamp بالقرب من Clermont-Ferrand في Massif Central ، والتي تختلف اختلافًا كبيرًا عن الاتجاه الحالي للمجال المغنطيسي الأرضي. منذ ذلك الحين ، تُعرف هذه الميزة الجيومغناطيسية باسم "حدث لاشامب". ومع ذلك ، فإن بيانات Massif Central لا تمثل سوى بعض قراءات النقاط للمجال المغنطيسي الأرضي خلال العصر الجليدي الأخير ، بينما تعطي البيانات الجديدة من البحر الأسود صورة كاملة لتقلب المجال المغنطيسي الأرضي بدقة زمنية عالية.

تغيرات مناخية مفاجئة وبركان عملاق

إلى جانب تقديم أدلة على انعكاس المجال المغنطيسي الأرضي منذ 41000 عام ، اكتشف علماء الأرض من بوتسدام العديد من التغيرات المناخية المفاجئة خلال العصر الجليدي الأخير في النوى التي تم تحليلها من البحر الأسود ، كما كان معروفًا بالفعل من نوى الجليد في جرينلاند. سمح هذا في النهاية بمزامنة عالية الدقة لسجلي البيانات من البحر الأسود وجرينلاند.

تم توثيق أكبر ثوران بركاني في نصف الكرة الشمالي في المائة ألف عام الماضية ، وهو ثوران البركان الفائق قبل 39400 عام في منطقة الحقول الفليجرية الحالية بالقرب من نابولي بإيطاليا ، داخل الرواسب المدروسة من البحر الأسود. تم توزيع رماد هذا الانفجار البركاني ، الذي تم خلاله إخراج حوالي 350 كيلومترًا مكعبًا من الصخور والحمم البركانية ، على كامل شرق البحر الأبيض المتوسط ​​وحتى وسط روسيا.

تم التحقيق في هذه السيناريوهات الثلاثة المتطرفة ، وهي انعكاس قصير وسريع للمجال المغناطيسي للأرض ، والتقلبات المناخية قصيرة المدى للعصر الجليدي الأخير والثوران البركاني في إيطاليا ، لأول مرة في أرشيف جيولوجي واحد ووضعها في ترتيب زمني دقيق .


تشكل انعكاسات المجال المغناطيسي السريعة بشكل مفاجئ مخاطر على الأرض

يوضح تمثيل المجال المغناطيسي للأرض & # 8217s كيف يمتد من القطبين في حضن وقائي. صواعد من كهف في جنوب غرب الصين يحمل دليلًا واضحًا على انعكاس القطب السريع المفاجئ منذ حوالي 98000 عام. الصورة: بيتر ريد / ناسا

ينعكس المجال المغناطيسي Earth & # 8217s ، الذي يحمي الكوكب من الإشعاع الشمسي ، بشكل دوري ، حيث يصبح الجنوب المغناطيسي شمالًا مغناطيسيًا والعكس صحيح. كان يُعتقد أن مثل هذه الانعكاسات الميدانية تحدث على مدى آلاف السنين ، لكن الأبحاث الجديدة تظهر أن واحدة على الأقل حدثت خلال قرنين أو نحو ذلك عندما انخفض المجال المغناطيسي وقوة # 8217 بنسبة 90 بالمائة.

يقول الباحثون إن حدثًا كهذا في عالم اليوم المترابط إلكترونيًا قد يكلف تريليونات الدولارات من الأضرار التي لحقت بأنظمة الطاقة والاتصالات ، مع تعريض المحيط الحيوي لمستويات متزايدة من الإشعاع الشمسي.

قال أندرو روبرتس من الجامعة الوطنية الأسترالية وكلية أبحاث علوم الأرض التابعة للجامعة الوطنية الأسترالية و 8217 "المجال المغناطيسي للأرض ، والذي كان موجودًا منذ 3.45 مليار سنة على الأقل ، يوفر درعًا من التأثير المباشر للإشعاع الشمسي". "حتى مع وجود المجال المغناطيسي القوي للأرض اليوم ، ما زلنا عرضة للعواصف الشمسية التي يمكن أن تلحق الضرر بمجتمعنا المعتمد على الكهرباء."

قام روبرتس وفريق من الباحثين بقيادة تشوان تشو شين في جامعة تايوان الوطنية والمؤلف الرئيسي الدكتور يو مين تشو من الجامعة الجنوبية للعلوم والتكنولوجيا في الصين بإجراء تأريخ إشعاعي دقيق لصواعد من كهف في جنوب غرب الصين. سجلت تغيرات مغنطيسية قديمة تعود إلى ما قبل 107000 إلى 91000 سنة.

لاحظ الفريق أدلة على الانتكاسات الميدانية التي حدثت على مدى بضعة قرون إلى عدة آلاف من السنين & # 8220 تشير إلى عدم استقرار الجيودينامو المطول. & # 8221

& # 8220 حدث تحول انعكاس مفاجئ مفاجئ في الذكرى المئوية في 144 ± 58 عامًا ويقدم أدلة غير مسبوقة تثير أسئلة أساسية حول سرعة تحولات المجال المغنطيسي الأرضي ، ويلاحظ # 8221 مقدمة للورقة في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية.

& # 8220 مثل هذه التغيرات السريعة في القطبية يمكن أن تؤثر بشدة على الأقمار الصناعية والمجتمع البشري في المستقبل إذا استمرت شدة المجال المغنطيسي الأرضي الحالية في الانخفاض. & # 8221


الاضطرابات والانقراضات المرتبطة بالانعكاس المغناطيسي منذ 42000 عام

تشير دراسة دولية جديدة إلى أن انعكاس المجال المغناطيسي & # 8211 جنبًا إلى جنب مع الرياح الشمسية المتغيرة & # 8211 ساهم في أزمة بيئية وانقراض جماعي منذ 42000 عام. قال هؤلاء العلماء إن ذلك حدث في وقت قريب من زوال إنسان نياندرتال ، وهو نوع بشري منقرض كان يجوب ما هو الآن في أوروبا ، وكان من الممكن أن يأتي مع عواصف كهربائية وشفق قطبي واسع النطاق وتدفق من الإشعاع الكوني. علق أحد الباحثين في الفيديو أعلاه:

& # 8230 سيكون مخيفًا بشكل لا يصدق.

سمى مؤلفو الدراسة & # 8217s هذه الفترة الزمنية الكارثية بـ حدث آدمز الانتقالي الجيومغناطيسي، أو حدث آدمز، في إشارة إلى مجاز تم إنشاؤه بواسطة دوغلاس آدامز ، مؤلف سلسلة الخيال العلمي الكوميدي دليل المسافر إلى المجرة. اشتهر آدامز بكتابة ذلك 42 كان الجواب على:

شاركت جامعة نيو ساوث ويلز (UNSW) سيدني ، ومتحف جنوب أستراليا في قيادة الدراسة ، التي نُشرت في 19 فبراير 2021 ، في المجلة التي راجعها الأقران. علم. كما أوضح كريس تيرني من UNSW & # 8211 ، وهو مؤلف مشارك في الدراسة & # 8211 في بيان:

انخفض المجال المغناطيسي لـ Earth & # 8217s إلى 0 إلى 6 ٪ فقط خلال حدث Adams. لم يكن لدينا مجال مغناطيسي على الإطلاق. لقد اختفى درعنا الإشعاعي الكوني تمامًا.

نظرًا لأن الانعكاس المغناطيسي الذي حدث قبل 42000 عام ساعد في حدوث انقراضات أرضية ، كما قال هؤلاء العلماء ، فقد أضاءت السماء بشفق قطبي واسع النطاق. يقترح هؤلاء العلماء أن الانعكاس يمكن أن يساعد في تفسير الألغاز التطورية ، مثل انقراض إنسان نياندرتال. الصورة عبر Unsplash / UNSW.

كانت النتائج مثيرة. أدت التوهجات الشمسية والأشعة الكونية المجرية إلى تمزيق الجسيمات الموجودة في الغلاف الجوي للأرض ، مما أدى إلى تأيين الهواء والانطلاق في طبقة الأوزون. كان أسلافنا قد شهدوا عروض ضوئية مروعة عبر السماء ليلا ونهارا. الشفق القطبي ، المحصور عادة في المناطق القطبية ، كان من الممكن أن ينتشر في جميع أنحاء العالم. كان من الممكن أن يكون الهواء المتأين موصلًا رائعًا للعواصف الكهربائية ، مما يزيد من تواترها.

قد يفسر الاضطراب الذي يحدث فوق & # 8211 وفقدان الحماية من الأشعة فوق البنفسجية من طبقة الأوزون & # 8211 الظهور المفاجئ لفن الكهوف حيث تراجع البشر الأوائل إلى الكهوف للحماية.

مثل علم ذكرت المجلة في 18 فبراير:

& # 8230 انقلب العالم رأسًا على عقب & # 8211 على الأقل من الناحية المغناطيسية.

أقدم فن كهف معروف في أوروبا ، عمره حوالي 42000 عام ، موجود في كهف El Castillo في إسبانيا. قد تكون بصمات اليد الحمراء هذه مرتبطة بشكل قديم من واقي الشمس. الصورة عبر Paul Pettitt / Gobierno de Cantabria / UNSW.

كانت الأشجار مفتاح اللغز

كانت شجرة kauri ، أكبر أنواع الأشجار في نيوزيلندا ، المفتاح لفهم هذه الأزمة البيئية القديمة. تُعرف أشجار kauri أحيانًا باسم God of the Forest ، وتشكل بعضًا من أقدم الغابات في العالم. تم العثور على جذع يبلغ وزنه 60 طنًا من شجرة kauri قبل عدة سنوات من قبل عمال كانوا يشرعون في إنشاء محطة طاقة في نيوزيلندا. تبين أن الشجرة ، التي تم حفظها في مستنقع ، عمرها 42000 عام وهي كبسولة زمنية ثمينة للعلماء. امتدت حلقاته لحوالي 1700 عام واستولت على الانعكاس المغناطيسي.

كان هذا الانعكاس المغناطيسي القصير معروفًا من قبل ، ولكن كان يُعتقد سابقًا أن آثاره الأرضية خفيفة. تم اكتشاف هذا الحدث في الستينيات من القرن الماضي في تدفقات الحمم البركانية Laschamps في كليرمون فيران بفرنسا ، والتي ظهرت بوضوح في الدراسات المغناطيسية للحمم البركانية القديمة. كان هذا الانعكاس المغناطيسي قصيرًا ، فقد كان ما أطلق عليه العلماء رحلة: ليس تغييرًا دائمًا في المجال المغناطيسي للأرض ، ولكنه مجرد تغيير مؤقت. كما تعلم ، فإن القطبين الشمالي والجنوبي المغناطيسي للأرض غير مثبتين أو مرتبطين بمحاور دوران الأرض. تتجول الأقطاب المغناطيسية وتتأرجح ، وأحيانًا ، تتبادل الأماكن تمامًا ، كما يبدو أنه حدث مؤقتًا منذ 41000 إلى 42000 عام. استمر هذا التبديل المؤقت على وجه الخصوص لمدة 800 عام قبل العودة. يطلق عليه الآن & # 8217s حدث Laschamps ، أو رحلة Laschamp.

عاش سجل kauri القديم هذا خلال حدث Adams. الصورة عبر نيلسون باركر.

لأول مرة على الإطلاق ، تمكنا من تحديد التوقيت الدقيق والآثار البيئية لمفتاح القطب المغناطيسي الأخير. أصبحت النتائج ممكنة بفضل أشجار الكوري النيوزيلندية القديمة ، والتي تم حفظها في الرواسب لأكثر من 40 ألف عام. باستخدام الأشجار القديمة ، يمكننا قياس وتاريخ الارتفاع في مستويات الكربون المشع في الغلاف الجوي الناجم عن انهيار المجال المغناطيسي للأرض و # 8217.

لذا فإن حدث لاشامب يشير إلى انعكاس القطب المغناطيسي نفسه. المصطلح الجديد الذي استخدمه العلماء في عام 2021 & # 8211 حدث آدمز & # 8211 يشير بشكل أوسع إلى التأثيرات على الأرض خلال ذلك الوقت. يبدو أن الأرض شهدت زيادة في الشفق القطبي والعواصف الكهربائية والإشعاع الكوني ، مما تسبب في زيادة مستويات الكربون المشع في الغلاف الجوي. ربط الباحثون هذه الأحداث بانقراض الحيوانات الضخمة قبل 42000 عام عبر البر الرئيسي لأستراليا وتسمانيا.

أجرى العلماء العديد من الدراسات حول الانهيار خلال حدث Laschamp. ركزت الدراسة الجديدة على الفترة الزمنية التي سبقت حدث لاشامب ، حيث انتقلت المجالات المغناطيسية عبر الأرض إلى مواقعها المعاكسة. وجد العلماء أن هذه الفترة كانت عندما كانت الاضطرابات الأرضية في ذروتها.

من خلال دراسة شجرة kauri ، تمكن الباحثون من إنشاء جدول زمني أكثر تفصيلاً لحدث Laschamp. كما أوضح آلان كوبر من متحف جنوب أستراليا:

تشبه أشجار kauri حجر رشيد ، مما يساعدنا على ربط سجلات التغيير البيئي في الكهوف ولب الجليد ومستنقعات الخث حول العالم.

هل يمكن أن يحدث اليوم؟

تشير بعض الأدلة إلى حدوث تغيير في اتجاه المجال المغناطيسي للأرض بالفعل. تتبع العلماء تجول القطب المغناطيسي الشمالي بسرعة أكبر في السنوات الأخيرة مما كان عليه في الماضي. وفي الـ170 عامًا الماضية ، ضعف المجال المغناطيسي للأرض بنحو 9٪.

إن اعتماد المجتمع الحديث على الشبكة الكهربائية والأقمار الصناعية لديه كل ما يؤهل رواية بائسة إلى الحياة ، إذا دمر الإشعاع الوارد مصادر الطاقة والاتصالات لدينا. تضيف قضية تغير المناخ عنصرًا إضافيًا للكارثة ، وفقًا لتورني:

غلافنا الجوي مليء بالفعل بالكربون بمستويات لم تشهدها البشرية من قبل. سيكون انعكاس القطب المغناطيسي أو التغيير الشديد في نشاط الشمس من العوامل غير المسبوقة لتغير المناخ. نحن بحاجة ماسة إلى خفض انبعاثات الكربون قبل حدوث مثل هذا الحدث العشوائي مرة أخرى.

خلاصة القول: ساعد التأريخ بالكربون المشع في أشجار kauri الباحثين على ربط انعكاس المجال المغناطيسي قبل 42000 عام بالكوارث البيئية وأحداث الانقراض.


الآثار الميتافيزيقية لانعكاس القطب المغناطيسي

لقد أثبت العلم أن الأرض تمر حاليًا بانعكاس القطب المغناطيسي ، فكيف سيؤثر ذلك علينا؟ من خلال تحليل المجالات المغناطيسية للحمم البركانية ، يمكننا تحديد أن آخر انعكاس للقطب المغناطيسي كان منذ حوالي 780.000 سنة. في حين أن السجلات الأحفورية لا تظهر أي تغييرات جذرية في الحياة الحيوانية أو النباتية ، ربما حدث تغيير أكثر دقة.

انقراض إنسان نياندرتال؟

في حين أن السجلات الأحفورية للحياة الحيوانية والنباتية لا تظهر أي تغييرات مهمة ، اقترح جون تاردونو ، أستاذ الجيوفيزياء في جامعة روتشستر ، وجود صلة مباشرة بين زوال إنسان نياندرتال وانخفاض كبير في شدة المجال المغنطيسي الأرضي الذي حدث بنفس الدقة. فترة.

بالإضافة إلى ذلك ، وفقًا لـ مونيكا كورتي، المدير العلمي لمرصد Niemegk Geomagnetic في GFZ Potsdam في ألمانيا:

"إنها ليست انعكاسًا مفاجئًا ، ولكنها عملية بطيئة ، تصبح خلالها قوة المجال ضعيفة ، ومن المحتمل جدًا أن يصبح الحقل أكثر تعقيدًا وقد يظهر أكثر من قطبين لفترة من الوقت ، ثم يتراكم بقوة و (محاذاة) في الاتجاه المعاكس."

طبقة الأوزون

شيء واحد يجب مراعاته هو ما سيحدث لمجالنا المغناطيسي الوقائي حول هذا الكوكب إذا حدث تحول القطب. ستظهر الثقوب داخل طبقة الأوزون بحماية مغناطيسية أقل. في هذا السيناريو ، ستكون الأرض معرضة بشدة للانبعاثات الكتلية الإكليلية والأشعة الكونية والتوهجات الشمسية ، مما قد يؤدي إلى الإشعاع الشمسي.

الحيوانات المهاجرة والحياة البحرية ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS)

سيتم إلغاء قدرات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لدينا حتى يتم إنشاء إحداثيات جديدة. سيتم إغلاق جميع شركات الطيران التجارية تقريبًا أيضًا.

سوف تكون الحيوانات والطيور المهاجرة مشوشة وكذلك الدلافين والحيتان والحياة البحرية للثدييات الأخرى.

على الأرجح ، لن يصاحب انزياح القطب الفيزيائي انزياح القطب المغناطيسي ، كما يتضح مرة أخرى من السجلات الجيولوجية.

الآثار الميتافيزيقية: رنين شومان

يُعرف نبض قلب الأرض باسم رنين شومان ، والذي تم تسجيله بمعدل 7.83 دورة في الثانية تقريبًا لآلاف السنين المفترضة. في السنوات الأخيرة ، ارتفع رنين شومان وتم تسجيله مؤخرًا عند 8.90.

تشير التكهنات إلى أن الأرض قد تتوقف عن الدوران بمجرد وصول رنين شومان إلى 13 دورة في الثانية. عند هذه النقطة ، ستتوقف الأرض عن الدوران لمدة 3 أيام ثم تبدأ في الدوران في الاتجاه المعاكس ، مما يتسبب في انعكاس مغناطيسي للقطبين.

في ظل هذه الفرضية ، قد يؤثر انعكاس القطب المغناطيسي على طريقة تفاعل نصفي الكرة الأرضية في دماغنا.

توجد ثلاثة سيناريوهات محتملة في مثل هذه الحالة:

1. لا شيء يحدث لأدمغتنا.
2. يتفاعل نصفي الكرة في أدمغتنا على الفور مع بعضهما البعض ، مما يفتح نقاط الاشتباك العصبي أمام قدرات ميتافيزيقية أعلى.
3. كلنا بالجنون!

من المقدر أن يحدث انعكاس قطب مغناطيسي كامل ما بين 1000 إلى 10000 سنة. نسختنا الحالية مستمرة منذ أوائل القرن العشرين.

في حين أن الإكمال النهائي قد لا يحدث لمدة 900 إلى 1990 سنة أخرى ، إلا أن آثاره قد تكون مرئية بالفعل.

كما يتضح من الفيديو أعلاه ، قد يكون الانعكاس الكامل على بعد عقود أو "أقرب كثيرًا". تشير أحدث الدراسات من جامعة كاليفورنيا ، بيركلي إلى أن الأمر قد يستغرق 100 عام أو أقل ، مضيفة أن المجال المغناطيسي الحالي الضعيف سوف يسبق انقلاب القطب.

ما يمكننا ملاحظته بسهولة هو الحقائق:

  • كانت الأقطاب المغناطيسية تنعكس منذ أوائل القرن العشرين
  • صدى شومان آخذ في الارتفاع.
  • كانت هناك ظاهرة حديثة تتعلق بإدراكنا للوقت. هل يمكن أن يكون هذا مرتبطًا بانزياح القطب المغناطيسي؟

إذا كان من الممكن تفسير عبارة "على النحو الوارد أعلاه ، هكذا أدناه" على أنها ، "كما في الداخل ، وبالتالي من الخارج" ، فيمكننا أن نستنتج أن التغييرات الرئيسية تحدث في كل من الكون وكوكبنا وفي النهاية داخل أنفسنا.


تتبع الانعكاس الجوراسي للمجال المغناطيسي للأرض

منذ ما يقرب من 180 مليون سنة ، خلال ذروة العصر الجوراسي ، انقلب المجال المغناطيسي للأرض ، جاعلًا القطب الشمالي المغناطيسي مرة أخرى في نصف الكرة الشمالي.

هذا ما يسمى بانعكاس فان زيل ، الذي سمي على اسم الباحث الذي وصفه لأول مرة ، هو ثاني أقدم انعكاس مغناطيسي أرضي موثق جيدًا. تم تحديد مثل هذه الاضطرابات في المجال المغناطيسي للأرض ، والتي تميل إلى الحدوث على مدى 10000 عام ، وربما أقل من ذلك بكثير ، على أنها تحدث حتى عدة مليارات ، ومؤخراً منذ 780.000 سنة. يوجد سؤال مفتوح حول تأثير مثل هذه الانعكاسات على خصائص المجال المغناطيسي للأرض ، بما في ذلك الهيكل الذي يتخذه ، والآثار المترتبة على شكله وحجمه وقوته. بالاعتماد على السجلات التي تم تحديدها حديثًا لانعكاس فان زيجل ، Moulin et al. وصف الرحلات السربنتينية للقطب المغناطيسي الانتقالي والقوة المتغيرة للمجال المغنطيسي القديم.

بتحليل اتجاهات المعادن المغناطيسية الموجودة في عينات صخرية مأخوذة من حقل حمم بركاني قديم في ليسوتو ، وهي دولة صغيرة تقع داخل جنوب إفريقيا ، ومن حقل آخر في جنوب إفريقيا نفسها ، تتبع المؤلفون الموقع الجغرافي المتغير للقطب المغناطيسي القديم. وجدوا أنه خلال فترة قصيرة ، ربما بضعة قرون فقط ، قفز القطب من موقع موجه حوالي 45 درجة جنوبًا إلى موقع قريب من 45 درجة شمالًا. ثم انجرف القطب المغنطيسي القديم خلال خط عرض 20 درجة تقريبًا أثناء تحركه إلى الجنوب الشرقي. أخيرًا ، انتقل القطب إلى موقع ثابت متمركز بالقرب من القطب الشمالي الجغرافي. وجد المؤلفون أنه في الفترة التي سبقت الانعكاس المغناطيسي ، ضعفت قوة المجال المغناطيسي إلى ما يقرب من 10 إلى 20 في المائة من قيمته الطبيعية ، وهو انخفاض يتلاشى فقط بمجرد استقرار موقع القطب.


تسبب الانعكاس المغناطيسي في تغيرات مناخية هائلة

يربط العلماء أحدث عدم استقرار مغناطيسي بالتغير البيئي العالمي.

منذ حوالي 42000 عام ، أدى انعكاس الأقطاب المغناطيسية للأرض إلى تحولات مناخية هائلة وتسبب في حدوث تغييرات بيئية في جميع أنحاء العالم ، وفقًا لبحث جديد بقيادة أسترالية.

لقد عرف العلماء منذ فترة طويلة أن المجال المغناطيسي للكوكب يتقلب بشكل دوري ، مع تبديل القطبين الشمالي والجنوبي. آخر انعكاس معروف - والذي كان مؤقتًا والمعروف تقنيًا باسم "رحلة لاشامب" - حدث منذ 41000 إلى 42000 عام. إذا حدث مثل هذا الحدث اليوم ، فإنه سيحدث دمارًا في الأقمار الصناعية والشبكات الكهربائية ، لكن تأثيره البيئي غير مفهوم جيدًا.

هذه الدراسة الجديدة التي نشرت في علم، يشير إلى أن رحلة Laschamps تتزامن مع تغيرات بيئية وإيكولوجية كبيرة ، بما في ذلك نمو الصفائح الجليدية ، والانقراض الجماعي ، وحتى ظهور فن الكهوف.

لتعلم هذا ، أنشأ الباحثون سجلًا مؤرخًا بدقة للكربون المشع في الغلاف الجوي باستخدام حلقات الأشجار لأشجار الكوري النيوزيلندية الضخمة (Agathis australis) التي كانت على قيد الحياة خلال هذه الفترة. لم تسجل الأشجار التغيرات في مستويات الكربون المشع أثناء انعكاس القطب فحسب ، بل كانت حلقات النمو أيضًا بمثابة طابع زمني طبيعي.

سجل قديم لشجرة kauri من Ngāwā ، نيوزيلندا. الائتمان: نيلسون باركر

يقول كريس تيرني ، المؤلف الرئيسي المشارك للدراسة من جامعة نيو ساوث ويلز (UNSW): "لأول مرة على الإطلاق ، تمكنا من تحديد التوقيت الدقيق والتأثيرات البيئية لمفتاح القطب المغناطيسي الأخير".

"باستخدام الأشجار القديمة ، يمكننا قياس وتاريخ الارتفاع في مستويات الكربون المشع في الغلاف الجوي الناجم عن انهيار المجال المغناطيسي للأرض."

سمح ذلك للباحثين ببناء جدول زمني مفصل لكيفية تغير الغلاف الجوي للأرض ، مما يدل على وجود زيادة كبيرة في الكربون المشع خلال رحلة لاشامب. قارنوا ذلك بسجلات أخرى للتغيرات البيئية من الكهوف ولب الجليد ومستنقعات الخث ، ثم قاموا بدمجها في نماذج المناخ العالمي للنظر في التأثيرات البيئية.

ركزت معظم الأبحاث السابقة على ما حدث أثناء الانعكاس ، عندما انخفض المجال المغناطيسي إلى 28٪ من قوته الحالية. لكن هذه الدراسة تكشف عن التأثيرات الأكثر دراماتيكية التي حدثت في الفترة التي سبقت الانعكاس ، عندما انخفض المجال إلى 0-6٪ من قوته الحالية.

المغرة الحمراء - التي ربما كانت تستخدم كشكل قديم من الواقي من الشمس - هي فكرة شائعة في فن الكهوف. يُعتقد أن مركز هذا الفن الكهفي من إسبانيا يعود إلى ما يقرب من 42000 عام. الائتمان: بول بيتيت ، بإذن من جوبييرنو دي كانتابريا.

يوضح تورني: "لم يكن لدينا مجال مغناطيسي على الإطلاق - لقد اختفى درع الإشعاع الكوني تمامًا".

ترك هذا الكوكب عرضة للتوهجات الشمسية والأشعة الكونية.

يوضح تيرني قائلاً: "أدى الإشعاع غير المرشح من الفضاء إلى تمزيق جزيئات الهواء في الغلاف الجوي للأرض ، وفصل الإلكترونات وانبعاث الضوء - وهي عملية تسمى التأين". "الهواء المؤين" يقلي "طبقة الأوزون ، مما تسبب في موجة من تغير المناخ في جميع أنحاء العالم."

افترض الفريق أن الانعكاس المغناطيسي - والتعرض للإشعاع اللاحق - قد يكون مرتبطًا بنمو الصفائح الجليدية والأنهار الجليدية عبر أمريكا الشمالية في ذلك الوقت ، فضلاً عن التحولات في أحزمة الرياح الرئيسية والعواصف الاستوائية.

وقعت العديد من الأحداث الكبرى الأخرى أيضًا منذ حوالي 42000 عام ، بما في ذلك اختفاء الحيوانات الضخمة الأسترالية وانقراض إنسان نياندرتال. يمكن ربط كلاهما بهذه التغييرات البيئية الواسعة النطاق ، ربما جزئيًا بسبب عدم القدرة على التكيف.

يتزامن التوقيت أيضًا مع ظهور فن الكهف التصويري. يقترح الباحثون أن زيادة الأشعة فوق البنفسجية من مجال مغناطيسي ضعيف ربما دفعت البشر إلى البحث عن المزيد من المأوى - وربما يفسرون استخدام المغرة الحمراء كواقي من الشمس مبكرًا.

كتب المؤلفون في بحثهم أن الفترة التي سبقت رحلة لاشامب "تمثل حدًا مناخيًا وبيئيًا وأثريًا رئيسيًا لم يتم التعرف عليه من قبل إلى حد كبير".

وفقًا لـ Agathe Lisé-Pronovost ، عالمة الجيولوجيا المغناطيسية القديمة في جامعة ملبورن والتي لم تشارك في الدراسة ، فإن هذا البحث الجديد مذهل لأن الارتباط الافتراضي بين المجال المغناطيسي والمناخ هو سؤال طويل الأمد.

تشرح قائلة: "كان معظم النقاش في الأدبيات يتكهن بالعمليات التي قد تربط الأحداث التي حدثت في نفس الوقت تقريبًا". "لا يزال من غير الواضح إلى حد كبير ما إذا كان المجال المغناطيسي لكوكبنا ، الذي يتم إنشاؤه في اللب الخارجي ، قد يؤثر على ما يحدث على السطح وكيف يمكن ذلك."

وتقول إن هذه الدراسة هي الأولى من نوعها التي تجمع بين "بيانات جودة جديدة ونهج نمذجة أصلي".

الأستاذ كريس تيرني من جامعة نيو ساوث ويلز في منشأة Chronos 14Carbon-Cycle. الائتمان: جامعة نيو ساوث ويلز سيدني

قد يساعد في توفير إطار عمل لدراسة التحولات البيئية والتطورية المحتملة خلال آخر انعكاس مغناطيسي كامل ، منذ 780 ألف عام - ويمكن أن يساعدنا في فهم الآثار المترتبة على الانعكاس في المستقبل.

على مدار الـ 170 عامًا الماضية ، ضعف المجال المغناطيسي للأرض بنحو 9٪ ، مما دفع العلماء إلى التكهن بأن الانعكاس قد يكون وشيكًا. قد يكون التعرض المتزايد للعواصف الشمسية وغيرها من الإشعاعات الكونية مدمرًا لأقمارنا الصناعية والبنية التحتية الكهربائية - ويحذر تيرني من أن ذلك قد يكون مدمرًا للمناخ أيضًا.

يقول: "غلافنا الجوي مليء بالفعل بالكربون بمستويات لم تشهدها البشرية من قبل". "انعكاس القطب المغناطيسي أو التغيير الشديد في نشاط الشمس سيكون من العوامل غير المسبوقة لتغير المناخ."


استغرق آخر انقلاب قطب مغناطيسي للأرض 22000 سنة ليكتمل

تحتوي الأرض على مجال مغناطيسي ، يشبه من نواح كثيرة شريط مغناطيسي.

أتمنى أن تكون قد لعبت باستخدام قضيب مغناطيسي في المدرسة. أنت ترش برادة الحديد على قطعة من الورق وتضع المغناطيس تحتها وتعيد نشارة الحديد ترتيب نفسها في مجموعة جميلة من المنحنيات ، تتقارب عند الأقطاب المغناطيسية وتنتشر في منتصف المسافة بينهما. الشكل العام مثل تفاحة مقطعة إلى نصفين.

للأرض قطب شمالي مغناطيسي وقطب جنوبي مغناطيسي (لا ينبغي الخلط بينه وبين الأقطاب الجغرافية أو الدورانية) تمامًا مثل هذا الشريط المغناطيسي - نسمي هذا مجال ثنائي القطب. لكن الآلية التي تخلق المجالات المغناطيسية بين الاثنين مختلفة بطريقة مختلفة.

في قضيب مغناطيسي ، يرجع ذلك إلى أن ذرات الحديد لكل منها مجال مغناطيسي صغير ، والذرات نفسها مصطفة بطريقة تجعلها جميعًا تضاف معًا ، مما يخلق المجال المغناطيسي الكلي.

في الأرض الأمر أكثر تعقيدًا بكثير. يتكون لب الأرض من طبقتين: اللب الداخلي ، وهو صلب ، واللب الخارجي ، وهو سائل. اللب ساخن جدًا ، واللب الداخلي يسخن اللب الخارجي فوقه. يتم تسخين السائل الموجود في اللب الخارجي ، عند تسخينه من الأسفل: ارتفاع السائل الساخن وتغرق الأشياء الأكثر برودة. ولكن يوجد حديد في اللب وهو ساخن بدرجة كافية للتأين ، بحيث يتم تجريد إلكترون واحد أو أكثر ، مما يعطي الذرات شحنة موجبة صافية. عندما يتحرك جسيم مشحون فإنه يخلق مجالًا مغناطيسيًا ، وكل تلك الذرات التي تتحرك في نفس الاتجاه تولد المجال المغناطيسي الكلي للأرض.

طالما أن نواة الأرض ساخنة ، فإن هذا اللب الخارجي سينتقل بالحمل الحراري ، وسيظل المجال المغناطيسي للأرض موجودًا.

المجال المغناطيسي الكلي للأرض مشابه للمغناطيس ذو القطبين الشمالي والجنوبي (يجب عدم الخلط بينه وبين القطبين الجغرافيين). الائتمان: بيتر ريد ، جامعة إدنبرة عبر وكالة ناسا

... لكن الأمر أكثر تعقيدًا من ذلك.

منذ أكثر من قرن من الزمان ، اكتشف العلماء أن المجال المغناطيسي للأرض يغير قطبية أحيانًا ، حيث يصبح القطب الشمالي هو القطب الجنوبي والعكس بالعكس. ضع في اعتبارك أن هذا لا يعني أن الأرض تنقلب فعليًا - فهذه هي الامتناع الشائعة من قبل أتباع مؤامرة يوم القيامة ، لأنهم إما مرتبكون بسهولة أو يريدون إرباك أنت - هذا فقط ، على سبيل المثال ، إذا كنت تستخدم بوصلة ، فستبدأ في الاتجاه نحو الجنوب بدلاً من الشمال.

أصبح من الواضح بمرور الوقت أن هذه الانتكاسات حدثت مرات عديدة. شوهد ما يقرب من 200 منهم في السجل الأحفوري ، يعود تاريخهم إلى أكثر من 80 مليون سنة! إنها نادرة جدًا على النطاق الزمني البشري ، وتحدث مرة واحدة كل 100،000 إلى 1،000،000 سنة تقريبًا. الشيء هو ، لا أحد متأكد حقًا من الوقت الذي يستغرقونه للانتقال من البداية إلى النهاية. يرجع ذلك جزئيًا إلى حدوثها منذ وقت طويل - آخرها ، والتي تسمى انعكاس ماتوياما - برونز ، كانت منذ ما يقرب من 800000 عام! - ومن الصعب أيضًا الحصول على بيانات دقيقة الدقة ، ولأنها تبدو سريعة الحدوث (بالمعنى الجيولوجي).

ولكن تم نشر دراسة جديدة تبحث في السجلات البركانية والرسوبية والجليدية الأساسية ، ووجد العالم أنه في هذا الحدث الأخير ، استغرق الأمر كله حوالي 22000 سنة ، أطول بكثير مما كان متوقعًا!

بدأ المجال المغناطيسي للأرض في الضعف منذ حوالي 795000 عام. بعد ذلك انقلبت القطبية وتعززت ، ولكن قبل أن تستقر حقًا مرة أخرى ، بدأت في التقلب والانهيار مرة أخرى بعد حوالي 11000 عام (منذ 784000 عام). تذبذب المجال المغناطيسي لآلاف السنين بعد ذلك ، ولكن بعد ذلك انقلب القطبية تكرارا وتعزز منذ حوالي 773000 عام ، ليصبح المجال الذي نمتلكه اليوم. قد يكون هذا الانقلاب الأخير قد استغرق 4000 سنة فقط. لذلك ، بدلاً من مجرد قلب نظيف ، بدا الأمر وكأنه خضع لثلاث مراحل منفصلة حيث كان أحيانًا يهيمن عليه حقل ثنائي القطب (وإن لم يكن مستقرًا حقًا) وفي أوقات أخرى عندما كان أكثر فوضوية. استغرق الأمر برمته أكثر من ضعف المدة التي استغرقتها التقديرات السابقة أيضًا.

تسلسل يُظهر نموذجًا فيزيائيًا للانعكاس المغناطيسي ، حيث تمثل الخطوط الزرقاء والصفراء التدفق المغناطيسي باتجاه الأرض وبعيدًا عنها ، على التوالي. يصبح الحقل متشابكًا وفوضويًا أثناء الانعكاس قبل أن يستقر مرة أخرى (ملاحظة: الإطار النهائي هو ببساطة إطار أول مقلوب ومن المفترض أن يكون تمثيليًا ، وليس جزءًا من النموذج الفعلي). الائتمان: ناسا / غاري جلاتزماير / فيل بليت

منهجيتهم معقدة بعض الشيء. في الصخور البركانية ، يتم تسجيل المجال المغناطيسي للأرض حيث تقوم الحمم بتبريد الحديد في الصخور وتوجه نفسها إلى مجال الأرض ، وبالتالي يمكن قياس اتجاه وشدة المجال المغنطيسي الأرضي. يمكن استخدام النظائر المشعة لتاريخ توقيت هذه الأحداث. بالنسبة للطبقات الرسوبية ، يتغير مقدار ضوء الشمس الذي تتلقاه الأرض على نطاقات زمنية تصل إلى بضع عشرات الآلاف من السنين بسبب التغيرات في شكل مدار الأرض (دورات ميلانكوفيتش) ويمكن رؤية ذلك في رواسب نظير الأكسجين.

المفضل لدي هو من قلب الجليد. عندما يكون المجال المغناطيسي للأرض أضعف ، يمكن للأشعة الكونية - وهي جسيمات دون ذرية فائقة الطاقة تدور في الفضاء بسرعة تقترب من سرعة الضوء - أن تصطدم بالغلاف الجوي. When they hit a nitrogen or oxygen atom nucleus they split the nucleus like a bullet going through a rock the shrapnel from this includes an isotope of beryllium called 10 Be. This then gets deposited in ice, and measured in ice cores, allowing scientists to trace the geomagnetic field that way.

So this is interesting! 22,000 years is a long time on a human scale, of course, but still rapid for a geological event. It's hard to say how representative that is for other reversals, but it's a place to start.

A big question still remains, and that's لماذا this occurs. Hypotheses abound, but overall it's likely that the field gets tangled up inside the Earth after some triggering event, and when it resettles the polarity is reversed.

Another question is what happens during the reversal? Again, a lot of conspiracy theorists love to wax anti-scientific about it, but the truth is no one is really sure. It's likely not to have a huge affect on daily life, though there are bound to be some issues with it — for example, compasses using the Earth's magnetism won't work, but GPS or some equivalent can be used instead. We'll have to be careful though, since Earth's magnetic field protects us from things like the solar wind and cosmic rays, so satellites might be affected. Our thick atmosphere should do a pretty good job protecting us from everything else (like solar wind, cosmic rays, and so on).

One more thing. A lot of breathless headlines are generated when news like this comes around, usually in the "We're overdue for X" variety, whether it's an earthquake, a volcanic eruption, or a magnetic reversal, and generally implying we're all gonna die. The time since the last reversal is somewhat longer than average, but it's not like the planet sets a calendar for these things. It could start tomorrow, or it might not happen for another million years. So until geoscientists say, "Yup, here we go!" breathe easy.


Reversal of magnetic poles of earth - Astronomy

The magnetic field of Earth is shaped like the one you see in a toy bar magnet, but there is a very important difference. The toy magnet field is firmly fixed in the solid body of the magnet and does not change with time, unless you decide to melt the magnet with a blow torch! The Earth's field, however, changes in time. Not only does its strength change, but the direction it is pointing also changes.

Map makers have been aware that the direction of the magnetic field changes since the 1700's. Every few decades, they had to re-draw their maps of harbors and landmarks to record the new compass bearings for places of interest. فكر في الأمر. If you are on a ship navigating a harbor in a fog, a slight change in your compass heading can take you into a reef or a sandbar!

Geologists have also been keeping track of the wandering magnetic poles as well. Instead of using compasses, they can actually detect the minute fossil traces of Earth's magnetism in rocks. These rocks are dated to determine when they were formed. From this information, geologists can figure out exactly how Earth's magnetic field has changed during the last two billion years. The results are surprising. Right now, the North point of your compass points towards the magnetic pole in the Northern Hemisphere. That's why compass creators put the 'N' on the tip of the magnetized compass needle. But because opposite's attract, this means that the magnetic pole in the Northern Hemisphere is actually a south magnetic pole! That's because scientists named magnetic polarity after the geographic compass direction!

Since the 1800's, Earth's magnetic South Pole which lives in the Northern Hemisphere has wandered over 1100 kilometers. By the year 2030, the magnetic pole will actually be almost right on top of our geographic North Pole. Then in the next century, it will be in the northern reaches of Siberia! Scientists are excited, and a bit concerned, by the sudden dramatic change in the magnetic pole's location. They worry that something may be going on deep within the Earth to cause these changes, and they have seen this kind of thing happen before.

What geologists have discovered is that the magnetic poles of Earth don't just wander around a little, they actually flip-flop over time. About 800,000 years ago, the Earth's magnetic poles were opposite to the ones we have today. Back then, your compass in the Northern Hemisphere would point to Antarctica, because in the Northern Hemisphere the polarity had changed to 'North' and this would have repelled the North tip of your (magnetized) compass needle. Geologists have discovered in the dating of the rocks that the magnetism of Earth has reversed itself hundreds of times over the last billion years. Careful measurements of rock strata from around the world confirm these reversal events in the same layers, so they really are global events, not just local ones. What is even more interesting is that the time between these magnetic reversals, and how long they last, has changed dramatically. 70 million years ago, when dinosaurs still roamed the landscape, the time between magnetic reversals was about one million years. Each reversal lasted about 500,000 years. 20 million years ago, the time between reversals had shortened to about 330,000 years, and each reversal lasted 220,000 years.

Today, the time between reversals has declined to only about 200,000 years during the last few million years, and each reversal lasts about 100,000 years or so. When did the last reversal happen?

This is a plot of the change in the main field strength of Earth for the last 800,000 years from the research by Yohan Guyodo and Jean-Pierre Valet at the Instuitute de Physique in Paris published in the journal Nature on May 20, 1999 (page 249-252).

The Brunhes-Matuyama Reversal ended 980,000 years ago when the polarity of the field actually did 'flip'. Since that time, the polarity of Earth's field has remained the same as what we measure today with the Northern Hemisphere Arctic Region containing a 'South-Type' magnetic polarity, and the Antarctic Region containing a 'North-type' polarity. You will note that the last reversal ended when the magnetic intensity reached near-zero levels. Since then, there was a near-reversal about 200,000 years ago labeled 'Jamaica/Pringle Falls' after the geologic stratum in which these intensity measurements were first identified. Scientists do not know just how low our field has to fall in intensity before a reversal is triggered, but the threshold seems to be below 2.0 units on the scale of the above 'VADM' plot. Beginning in the 1920's, geologists discovered traces of the last few magnetic reversals in rock samples from around the world. Between 730,000 years ago to today, we have had the current magnetic conditions where the South-type magnetic polarity is located in the Northern Hemisphere near the Arctic. Geologists call this the Brunhes Chron. Between 730,000 to 1,670,000 years ago, Earth's magnetic poles were reversed during what geologists call the Matuyama Chron. This means that the North-type magnetic polarity was found in the Northern Hemisphere. Notice that the time since the last reversal (the end of the Mayuyama Chron) is 730,000 years. This is a LOT longer than the 200,000 years!

Some scientists think that we may be overdue for a magnetic reversal by about 500,000 years!

Is there any evidence that we are headed towards this condition? Scientists think that the sudden, rapid change in our magnetic pole location is one sign of a significant change beginning to occur. Another sign is the actual strength of Earth's magnetic field.

Scientists are convinced that Earth's magnetic field is created by currents flowing in the liquid outer core of Earth. Like the current that flows to create an electromagnet, Earth's currents can change in time causing the field to increase and decrease in intensity. Geological evidence shows that Earth's field used to be twice as strong 1.5 billion years ago as it is today, but like the weather it has gone through many complicated ups and downs that scientists don't have a real good explanation for, or ability to predict. But the fossil evidence does tell us something important.

In the 730,000 years since the last magnetic reversal, Earth's field has at times been as little as 1/6 its current strength. This happened about 200,000 years ago. Also, around 700 AD it was 50% stronger than it is today. There have been many sudden ups and downs in this intensity, but some scientists think that conditions are rapidly becoming very different than the past historical trends have shown.

We've only been able to measure the Earth's magnetic field strength for about two centuries. During this time, there has been a gradual decline in the field strength. In recent years, the rate of decline seems to be accelerating. In the last 150 years, the strength of Earth's field has decreased by 5% per century. This doesn't seem like a very fast decrease, but it is one of the fastest ones that has been verified in the 800,000 year magnetic record we now have. At this rate, in 10 centuries we will be 50% below our current field strength, and after 2000 years we could be at zero-strength. The data on past reversals seems to show that, when the field reaches 10% of its current strength, a magnetic reversal can be triggered. It has been 730,000 years since the last reversal ended. We are certainly long overdue for a reversal, by some statistical estimates.

But the caveat is that magnetic changes come in a variety of timescales from the major reversal events every few hundred thousand years to micro changes called 'excursions' that come and go withing a few thousand years. Two detailed "studies of the geomagnetic field in the last 1 million years have found 14 excursions, large changes in direction lasting 5-10 thousand years each, six of which are established as global phenomena by correlation between different sites. Excursions appear to be a frequent and intrinsic part of the (paleomagnetic) secular variation".(Gubbins, David. 1999. The distinction between geomagnetic excursions and reversals. Geophysical Journal International, Vol. 137, pp. F1-F3.). The figure below shows on the left-side the magnetic intensity measurements since 500,000 years ago during the current Brunhes magnetic chron. You can easily see the 'spiky' fast excursions, but the overall magnetic intensity is decreasing in time to the present day. We may be living inside one of these fast excursions which will be replaced by a growing field in a few thousand years, but it seems that the big picture is still that the overall largescale field is declining slowly over 100,000 year timescles. It isn't the excursions we need to worry about for 'reversals' but this larger trend downwards that seems to be going on.

So, what will happen when the field reverses? The fossil record, and other geological records, seem to say 'Not much!'

Scientists have recovered deep-sea sediment cores from the bottom of the ocean. These sediments record the abundance of oxygen atoms and their most common isotope: Oxygen-18. The increases and decreases in this oxygen isotope track the ebb and flow of periods of global glaciation. What we see is that, during the time when the last reversal happened, there was no obvious change in the glacial conditions or in the way that the conditions came and went. So, at least for the last reversal, there was no obvious change in Earth's temperature other than what geologists see from the 'normal' pattern of glaciation. By the way, because glaciation depends on the tilt of Earth's spin axis, this also means that a magnetic reversal doesn't change the spinning Earth in any measurable way.

Loess deposits in China have recently given climatologists a nearly unbroken, continuous record of climate changes during the last 1,200,000 years. What they found was that the sedimentation record shows the summer monsoons and how severe they are. The only significant variation in the data could be attributed to the coming and going of glacial and inter-glacial periods. So, summer monsoons in China were not affected by the reversal in any way that can be obviously seen in the climate-related data from this period. The fossil record, at least for large animals and plants, is even less spectacular when it comes to seeing changes that can be tied to the magnetic reversal.

The Brunhes-Matuyama reversal happened 730,000 years ago during what paleontologists call the Middle Pleistocene Era (100,000 to 1 million years ago). There were no major changes in plant and animal life during this time, so the magnetic reversal did not lead to planet-wide extinctions, or other calamities that would have impacted existing life. It seems that the biggest stresses to plant and animal life were the comings and goings of the many Pleistocene Ice Ages. This led very rapidly to the evolution of cold-tolerant life forms like Woolly Mammoths, for example.

So, it seems that we may be headed for another magnetic reversal event in perhaps the next few thousand years. This event, based on past fossil and geological history, will not cause planet-wide catastrophies. The biosphere will not become extinct. Radiation from space will not cause horrible mutations everywhere. Ocean tides will not devastate coastal regions, and there will certainly not be volcanic activity that leads to global warming.

Of course, scientists cannot predict which minor effects may take place. A magnetic reversal could be a big nuisance to many organisms that will not lead to their extinction, but it just might lead to temporary changes in the way they would normally conduct themselves. The fossil record doesn't record how a species reacted to minor nuisances! Some animals use Earth's field to magnetically navigate, but we know that these same animals have back-up navigation systems too. Pigeons use Earth's magnetism to navigate, as do dolphins, whales and some insects. They also use their eyes as a backup, and a knowledge of land forms and geography, or the location of the Sun and Moon to get about. Humans have used compasses to navigate for thousands of years, but now we rely almost entirely on satellites to steer by. In the future, only those few anachronistic people using the ancient technology of compasses to get around, would have any problems!

The magnetic field of Earth shields us from cosmic rays, so losing this shield may seem like a big deal, but it really isn't. Cosmic rays are not the same kind of radiation as light, instead it consists of fast-moving particles of matter such as electrons, protons and the nuclei of some atoms. Our atmosphere is actually a far better shield of cosmic radiation than Earth's magnetic field. Losing the magnetic field during a reversal would only increase our natural radiation background exposure on the ground by a small amount - perhaps not more than 10%. The long term result might be a few thousand additional cases of cancer every year, but certainly not the extinction of the human race.

Return to Dr. Odenwald's FAQ page at the Astronomy Cafe Blog. References: Guo, Zhengtang, et al., 2000, "Summer Monsoon Variations Over the Last 1.2 Million Years from the Weathering of Loess-soil Sequences in China", Geophysical Research Letters, June 15, pp. 1751-1754. Guyodo, Yohan and Valet, Jean-Pierre 2003, "Global Changes in Intensity of the Earth's Magnetic Field During the Past 800 kyr", Nature, May 20, 2003, p. 249. Jacobs, J. A., "Reversals of the Earth's Magnetic Field, (pp. 48-50) Jacobs, J. A. "Geomagnetism" Academic Press (pp. 186-89, 215-220, 236-42) Merrill, Ronald, McElhinny, M. and McFadden, P., "The Magnetic Field of the Earth", Academic Press, (pp.120-125) Raymo, M., Oppo, D. W., and Curry, W. 1997, "The Mid-Pleistocene Climate Transition: A deep Sea Carbon Isotopic Perspective", Paleoceanography, August 1997, pp. 546-559. Rikitake, Tsuneji and Honkura, Yoshimori, "Solid Earth Geomagnetism", D. Reidel Publishing Co. (pp. 42-45) Ruddiman, W., et al. 1989, "Pleistocene Evolution: Northern Hemisphere Ice Sheets and North Atlantic Ocean", Paleoceanography, August, pp. 353-412. Wollin, G., Ericson, D., Ryan, W. and Foster, J. 1971, "Magnetism of the Earth and Climate Changes", Earth and Planetary Science Letters, vol. 12, pp. 175-183.


Magnetic pole reversal ahead?

The Earth is blanketed by a magnetic field. It’s what makes compasses point north, and protects our atmosphere from continual bombardment from space by charged particles such as protons. Without a magnetic field, our atmosphere would slowly be stripped away by harmful radiation, and life would almost certainly not exist as it does today.

You might imagine the magnetic field is a timeless, constant aspect of life on Earth, and to some extent you would be right. But Earth’s magnetic field actually does change. Every so often – on the order of several hundred thousand years or so – the magnetic field has flipped. North has pointed south, and vice versa. And when the field flips it also tends to become very weak.

On the left, the Earth’s magnetic field we’re used to. On the right, a model of what the magnetic field might be like during a reversal. Image via NASA/Gary Glazmaier

What currently has geophysicists like us abuzz is the realization that the strength of Earth’s magnetic field has been decreasing for the last 160 years at an alarming rate. This collapse is centered in a huge expanse of the Southern Hemisphere, extending from Zimbabwe to Chile, known as the South Atlantic Anomaly. The magnetic field strength is so weak there that it’s a hazard for satellites that orbit above the region – the field no longer protects them from radiation which interferes with satellite electronics.

And the field is continuing to grow weaker, potentially portending even more dramatic events, including a global reversal of the magnetic poles. Such a major change would affect our navigation systems, as well as the transmission of electricity. The spectacle of the northern lights might appear at different latitudes. And because more radiation would reach Earth’s surface under very low field strengths during a global reversal, it also might affect rates of cancer.

We still don’t fully understand what the extent of these effects would be, adding urgency to our investigation. We’re turning to some perhaps unexpected data sources, including 700-year-old African archaeological records, to puzzle it out.

Genesis of the geomagnetic field

Cutaway image of the Earth’s interior. Image via Kelvinsong

Earth’s magnetic field is created by convecting iron in our planet’s liquid outer core. From the wealth of observatory and satellite data that document the magnetic field of recent times, we can model what the field would look like if we had a compass immediately above the Earth’s swirling liquid iron core.

These analyses reveal an astounding feature: There’s a patch of reversed polarity beneath southern Africa at the core-mantle boundary where the liquid iron outer core meets the slightly stiffer part of the Earth’s interior. In this area, the polarity of the field is opposite to the average global magnetic field. If we were able to use a compass deep under southern Africa, we would see that in this unusual patch north actually points south.

This patch is the main culprit creating the South Atlantic Anomaly. In numerical simulations, unusual patches similar to the one beneath southern Africa appear immediately prior to geomagnetic reversals.

The poles have reversed frequently over the history of the planet, but the last reversal is in the distant past, some 780,000 years ago. The rapid decay of the recent magnetic field, and its pattern of decay, naturally raises the question of what was happening prior to the last 160 years.

Archaeomagnetism takes us further back in time

In archaeomagnetic studies, geophysicists team with archaeologists to learn about the past magnetic field. For example, clay used to make pottery contains small amounts of magnetic minerals, such as magnetite. When the clay is heated to make a pot, its magnetic minerals lose any magnetism they may have held. Upon cooling, the magnetic minerals record the direction and intensity of the magnetic field at that time. If one can determine the age of the pot, or the archaeological site from which it came (using radiocarbon dating, for instance), then an archaeomagnetic history can be recovered.

Using this kind of data, we have a partial history of archaeomagnetism for the Northern Hemisphere. In contrast, the Southern Hemisphere archaeomagnetic record is scant. In particular, there have been virtually no data from southern Africa – and that’s the region, along with South America, that might provide the most insight into the history of the reversed core patch creating today’s South Atlantic Anomaly.

But the ancestors of today’s southern Africans, Bantu-speaking metallurgists and farmers who began to migrate into the region between 2,000 and 1,500 years ago, unintentionally left us some clues. These Iron Age people lived in huts built of clay, and stored their grain in hardened clay bins. As the first agriculturists of the Iron Age of southern Africa, they relied heavily on rainfall.

Grain bins of the style used centuries ago. Image via John Tarduno

The communities often responded to times of drought with rituals of cleansing that involved burning mud granaries. This somewhat tragic series of events for these people was ultimately a boon many hundreds of years later for archaeomagnetism. Just as in the case of the firing and cooling of a pot, the clay in these structures recorded Earth’s magnetic field as they cooled. Because the floors of these ancient huts and grain bins can sometimes be found intact, we can sample them to obtain a record of both the direction and strength of their contemporary magnetic field. Each floor is a small magnetic observatory, with its compass frozen in time immediately after burning.

With our colleagues, we’ve focused our sampling on Iron Age village sites that dot the Limpopo River Valley, bordered today by Zimbabwe to the north, Botswana to the west and South Africa to the south.

What’s happening deep within the Earth, beneath the Limpopo River Valley Image via John Tarduno

Magnetic field in flux

Sampling at Limpopo River Valley locations has yielded the first archaeomagnetic history for southern Africa between A.D. 1000 and 1600. What we found reveals a period in the past, near A.D. 1300, when the field in that area was decreasing as rapidly as it is today. Then the intensity increased, albeit at a much slower rate.

The occurrence of two intervals of rapid field decay – one 700 years ago and one today – suggests a recurrent phenomenon. Could the reversed flux patch presently under South Africa have happened regularly, further back in time than our records have shown? If so, why would it occur again in this location?

Over the last decade, researchers have accumulated images from the analyses of earthquakes’ seismic waves. As seismic shear waves move through the Earth’s layers, the speed with which they travel is an indication of the density of the layer. Now we know that a large area of slow seismic shear waves characterizes the core mantle boundary beneath southern Africa.

Location of the South Atlantic Anomaly. Image via Michael Osadicw/John Tarduno

This particular region underneath southern Africa has the somewhat wordy title of the African Large Low Shear Velocity Province. While many wince at the descriptive but jargon-rich name, it is a profound feature that must be tens of millions of years old. While thousands of kilometers across, its boundaries are sharp. Interestingly, the reversed core flux patch is nearly coincident with its eastern edge.

The fact that the present-day reversed core patch and the edge of the African Large Low Shear Velocity Province are physically so close got us thinking. We’ve come up with a model linking the two phenomena. We suggest that the unusual African mantle changes the flow of iron in the core underneath, which in turn changes the way the magnetic field behaves at the edge of the seismic province, and leads to the reversed flux patches.

We speculate that these reversed core patches grow rapidly and then wane more slowly. Occasionally one patch may grow large enough to dominate the magnetic field of the Southern Hemisphere – and the poles reverse.

The conventional idea of reversals is that they can start anywhere in the core. Our conceptual model suggests there may be special places at the core-mantle boundary that promote reversals. We do not yet know if the current field is going to reverse in the next few thousand years, or simply continue to weaken over the next couple of centuries.

But the clues provided by the ancestors of modern-day southern Africans will undoubtedly help us to further develop our proposed mechanism for reversals. If correct, pole reversals may be “Out of Africa.”

John Tarduno, Professor of Geophysics, University of Rochester and Vincent Hare, Postdoctoral Associate in Earth and Environmental Sciences, University of Rochester

This article was originally published on The Conversation. Read the original article.


شاهد الفيديو: المجال المغناطيسي للأرض (كانون الثاني 2023).