Undersøgelse finder Jordens magnetfelt enklere, end vi troede

Forskere har identificeret mønstre i Jordens magnetfelt, der udvikler sig i størrelsesordenen 1, 000 år, give ny indsigt i, hvordan feltet fungerer, og tilføje et mål for forudsigelighed til ændringer i feltet, der ikke tidligere er kendt.

Opdagelsen vil også give forskere mulighed for at studere planetens fortid med finere opløsning ved at bruge dette geomagnetiske "fingeraftryk" til at sammenligne sedimentkerner taget fra Atlanterhavet og Stillehavet.

Resultaterne af undersøgelsen, som blev støttet af National Science Foundation, blev for nylig offentliggjort i Earth and Planetary Science Letters .

Det geomagnetiske felt er afgørende for livet på Jorden. Uden det, ladede partikler fra solen ("solvinden") ville blæse atmosfæren væk, siger videnskabsmænd. Feltet hjælper også med menneskelig navigation og dyrevandringer på måder, som videnskabsmænd kun er begyndt at forstå. Århundreder med menneskelig observation, samt den geologiske optegnelse, vise vores felt ændrer sig dramatisk i dets styrke og struktur over tid.

Men på trods af dens betydning, mange spørgsmål forbliver ubesvarede om hvorfor og hvordan disse ændringer sker. Den enkleste form for magnetfelt kommer fra en dipol:et par ligeligt og modsat ladede poler, som en stangmagnet.

"Vi har i nogen tid vidst, at Jorden ikke er en perfekt dipol, og vi kan se disse ufuldkommenheder i den historiske optegnelse, " sagde Maureen "Mo" Walczak, en post-doc forsker ved Oregon State University og hovedforfatter på undersøgelsen. "Vi finder ud af, at ikke-dipolære strukturer ikke er flygtige, uforudsigelige ting. De er meget langlivede, tilbagevendende over 10, 000 år - vedvarende i deres placering i hele Holocæn.

"Dette er noget af en hellig gral opdagelse, " tilføjede hun, "selvom det ikke er perfekt. Det er et vigtigt første skridt i bedre forståelse af magnetfeltet, og synkronisering af sedimentkernedata i en finere skala."

Cirka 800, 000 år siden, et magnetisk kompas' nål ville have peget mod syd, fordi Jordens magnetfelt var omvendt. Disse vendinger sker typisk hvert flere hundrede tusinde år.

Mens videnskabsmænd er godt klar over mønsteret af vendinger i Jordens magnetfelt, et sekundært mønster af geomagnetisk "slingre" inden for perioder med stabil polaritet, kendt som palæomagnetisk sekulær variation, eller PSV, kan være en nøgle til at forstå, hvorfor nogle geomagnetiske ændringer opstår.

Jordens magnetfelt flugter ikke perfekt med rotationsaksen, derfor adskiller "ægte nord" sig fra "magnetisk nord, " siger forskerne. På den nordlige halvkugle er denne ulighed i det moderne felt tilsyneladende drevet af områder med høj geomagnetisk intensitet, der er centreret under Nordamerika og Asien.

"Hvad vi ikke har vidst, er, om dette øjebliksbillede har nogen længerevarende betydning - og det, vi har fundet ud af, er, at det gør, " sagde Joseph Stoner, en paleomagnetisk specialist fra Oregon State University og medforfatter på undersøgelsen.

Når magnetfeltet er stærkere under Nordamerika, eller i "North American Mode, "det kører stejle hældninger og høje intensiteter i det nordlige Stillehav, og lave intensiteter i Europa med vestlige deklinationer i Nordatlanten. Dette er mere i overensstemmelse med den historiske optegnelse.

Den alternative "europæiske tilstand" er på nogle måder det modsatte, med lav hældning og lav intensitet i det nordlige Stillehav, og østlige deklinationer i Nordatlanten og høje intensiteter i Europa.

"Det viser sig, magnetfeltet er noget mindre kompliceret, end vi troede, " sagde Stoner. "Det er en ret simpel oscillation, der ser ud til at være resultatet af geomagnetiske intensitetsvariationer på blot nogle få tilbagevendende steder med store rumlige påvirkninger. Vi er endnu ikke sikre på, hvad der driver denne variation, selvom det sandsynligvis er en kombination af faktorer, herunder konvektion af den ydre kerne, der kan være forspændt i konfigurationen af ​​den nederste kappe."

Forskerne var i stand til at identificere mønsteret ved at studere to højopløselige sedimentkerner fra Alaska-bugten, der gjorde det muligt for dem at udvikle en 17, 400 års genopbygning af PSV i den region. De sammenlignede derefter disse optegnelser med sedimentkerner fra andre steder i Stillehavet for at fange et magnetisk fingeraftryk, som er baseret på orienteringen af ​​magnetitten i sedimentet, der fungerer som en magnetisk optager af fortiden.

Det almindelige magnetiske signal, der findes i kernerne, dækker nu et område, der spænder fra Alaska til Oregon, og over til Hawaii.

"Magnetisk justering af fjerntliggende miljørekonstruktioner ved hjælp af vendinger i den palæomagnetiske optegnelse giver indsigt i fortiden på en skala af hundredtusindvis af år, Walczak sagde. "Udviklingen af ​​den sammenhængende PSV-stratigrafi vil lade os se på rekorden på en skala muligvis så kort som et par århundreder, sammenligne begivenheder mellem havbassiner, og virkelig komme ned til det små, hvordan klimaanomalier udbredes rundt om på planeten i en skala, der er relevant for det menneskelige samfund."

Det magnetiske felt genereres inde i Jorden af ​​en flydende ydre kerne af jern, nikkel og andre metaller, der skaber elektriske strømme, som igen producerer magnetiske felter. Magnetfeltet er stærkt nok til at beskytte Jorden mod solvinde og kosmisk stråling. At det ændrer sig er velkendt; årsagerne er forblevet et mysterium.

Nu er dette mysterium måske lidt tættere på at blive løst.