Nye data hjælper med at forklare de seneste udsving i Jordens magnetfelt

Ved at bruge nye data indsamlet fra steder i det sydlige Afrika, University of Rochester forskere har udvidet deres registrering af Jordens magnetfelt tilbage tusinder af år til det første årtusinde.

Optegnelsen giver historisk kontekst til at forklare de seneste, løbende ændringer i magnetfeltet, mest fremtrædende i et område på den sydlige halvkugle kendt som den sydatlantiske anomali.

"Vi har vidst i et stykke tid, at magnetfeltet har ændret sig, men vi vidste ikke rigtig, om dette var usædvanligt for denne region på en længere tidsskala, eller om det var normalt, " siger Vincent Hare, som for nylig afsluttede en postdoc-ansættelse i Department of Earth and Environmental Sciences (EES) ved University of Rochester, og er hovedforfatter på et papir udgivet i Geofysiske forskningsbreve .

Svækkelse af magnetfelt en tilbagevendende anomali

De nye data giver også flere beviser for, at en region i det sydlige Afrika kan spille en unik rolle i magnetiske polvendinger.

Det magnetiske felt, der omgiver Jorden, dikterer ikke kun, om en kompasnål peger mod nord eller syd, men beskytter også planeten mod skadelig stråling fra rummet. Næsten 800, 000 år siden, polerne blev skiftet:nord pegede mod syd og omvendt. Polerne er aldrig vendt helt siden, men i de sidste 160 år, styrken af ​​det magnetiske felt har været faldende med en alarmerende hastighed. Den region, hvor den er svagest, og fortsætter med at svækkes, er et stort område, der strækker sig fra Chile til Zimbabwe, kaldet South Atlantic Anomaly.

For at sætte disse relativt nylige ændringer ind i et historisk perspektiv, Rochester-forskere - ledet af John Tarduno, en professor og formand for EES-samlede data fra steder i det sydlige Afrika, som er inden for den sydatlantiske anomali, at kompilere en registrering af Jordens magnetiske feltstyrke gennem mange århundreder. Data tidligere indsamlet af Tarduno og Rory Cottrell, en EES-forsker, sammen med teoretiske modeller udviklet af Eric Blackman, en professor i fysik og astronomi ved Rochester, tyder på, at kerneregionen under det sydlige Afrika kan være fødestedet for nylige og fremtidige polskifter.

"Vi ledte efter tilbagevendende adfærd af anomalier, fordi vi tror, ​​det er det, der sker i dag og forårsager den sydatlantiske anomali, " siger Tarduno. "Vi fandt beviser på, at disse anomalier er sket tidligere, og dette hjælper os med at kontekstualisere de aktuelle ændringer i magnetfeltet."

Forskerne opdagede, at det magnetiske felt i regionen svingede fra 400-450 e.Kr. fra 700-750 e.Kr. og igen fra 1225-1550 e.Kr. Denne sydatlantiske anomali, derfor, er den seneste visning af et tilbagevendende fænomen i Jordens kerne under Afrika, som derefter påvirker hele kloden.

"Vi får stærkere beviser på, at der er noget usædvanligt ved kerne-mantel-grænsen under Afrika, som kan have en vigtig indflydelse på det globale magnetfelt, "Siger Tarduno.

En polvending? Ikke endnu, siger forskere

Det magnetiske felt genereres ved hvirvel, flydende jern i Jordens ydre kerne. Det er her, omkring 1800 miles under det afrikanske kontinent, at der findes et særligt træk. Seismologiske data har afsløret en tættere region dybt under det sydlige Afrika kaldet African Large Low Shear Velocity Province. Området er placeret lige over grænsen mellem den varme flydende ydre kerne og den stivere, køligere kappe. Sidder oven på den flydende ydre kerne, det kan synke lidt, forstyrrer jernstrømmen og påvirker i sidste ende Jordens magnetfelt.

En større ændring i magnetfeltet ville have vidtrækkende konsekvenser; magnetfeltet stimulerer strømme i alt med lange ledninger, inklusive elnettet. Ændringer i magnetfeltet kan derfor forårsage fejl i elnettet, navigationssystemfejl, og satellitnedbrud. En svækkelse af magnetfeltet kan også betyde, at mere skadelig stråling når Jorden - og udløse en stigning i forekomsten af ​​hudkræft.

Hare og Tarduno advarer, imidlertid, at deres data ikke nødvendigvis varsler en fuldstændig polvending.

"Vi ved nu, at denne usædvanlige adfærd har fundet sted mindst et par gange før de sidste 160 år, og er en del af et større langsigtet mønster, " siger Hare. "Men det er simpelthen for tidligt at sige med sikkerhed, om denne adfærd vil føre til en fuld polvending."

Selvom en fuldstændig polvending ikke er i den nærmeste fremtid, imidlertid, svækkelsen af ​​magnetfeltstyrken er spændende for videnskabsmænd, siger Tarduno. "Muligheden for et fortsat fald i magnetfeltets styrke er en samfundsmæssig bekymring, som fortjener fortsat undersøgelse og overvågning."

I felten:"Arkæomagnetisme" på arbejde

Forskerne indsamlede data til dette projekt fra en usandsynlig kilde:gamle lerrester fra det sydlige Afrika, der går tilbage til den tidlige og sene jernalder. Som en del af et felt kaldet "arkæomagnetisme, " geofysikere slår sig sammen med arkæologer for at studere fortidens magnetfelt.

Rochester-holdet, som omfattede flere bachelorstuderende, samarbejdet med arkæolog Thomas Huffman fra University of Witwatersrand i Sydafrika, en førende ekspert i det sydlige Afrika af jernalderen. Gruppen udgravede lerprøver fra et sted i Limpopo River Valley, som grænser op til Zimbabwe, Sydafrika, og Botswana.

Under jernalderen i det sydlige Afrika, omkring det første årtusinde, der var en gruppe bantu-talende mennesker, der dyrkede korn og boede i landsbyer bestående af kornspande, hytter, og kvæganlæg. Udkast var ødelæggende for deres landbrugsbaserede kultur. I perioder med træk, de ville udføre omfattende rituelle udrensninger af landsbyerne ved at brænde hytter og kornspande ned.

"Når du brænder ler ved meget høje temperaturer, du stabiliserer faktisk de magnetiske mineraler, og når de afkøles fra disse meget høje temperaturer, de fastholder en registrering af jordens magnetfelt, " siger Tarduno.

Forskere udgraver prøverne, orientere dem i marken, og bringe dem tilbage til laboratoriet for at udføre målinger ved hjælp af magnetometre. På denne måde de er i stand til at bruge prøverne til at kompilere en registrering af Jordens magnetfelt i fortiden.