Preobrat Zemljinega magnetnega polja (geomagnetni preobrati)
Preobrat Zemljinega magnetnega polja: poglobljen članek o geomagnetnih preobratih, njihovih vzrokih, zgodovini, trajanju in vplivu na Zemljo ter življenje.
Geomagnetni preobrat je sprememba magnetnega polja planeta, pri kateri se zamenjata položaja magnetnega severa in magnetnega juga.
V zadnjih 83 milijonih let se je to zgodilo 183-krat, povprečno dvakrat ali trikrat na milijon let. Pred spremembo magnetnega polja Zemljino magnetno polje postane šibkejše in se premakne, podobno kot se vrti vrtiljak, preden pade. Znanstveniki to vedo na podlagi študij magnetizma na morskem dnu v bližini srednjeatlantskega grebena. Lava se počasi premika iz te razpoke (vrzeli v morskem dnu), nato pa se ohladi in vse molekule železovega oksida so usmerjene v novo smer Zemljinega magnetnega polja. Zgodovino tega magnetnega polja si lahko ogledamo danes, da si ogledamo številne preobrate v preteklosti.
Obrati se pojavljajo v intervalih od manj kot 0,1 milijona let do 50 milijonov let. Ta obdobja se imenujejo kroni.
Te spremembe nimajo vzorca in se zdijo naključne. Kroni trajajo od 0,1 do 1 milijona let (glej diagram), v povprečju pa 450 000 let. Večina preobratov traja od 1.000 do 10.000 let.
Najnovejši preobrat, Brunhes-Matuyama, se je zgodil pred 780.000 leti in se je morda zgodil zelo hitro, v času človeškega življenja. Kratek popoln preobrat, znan kot Laschampov dogodek, se je zgodil le pred 41.000 leti v zadnji ledeni dobi. Ta preobrat je trajal le približno 440 let, dejanska sprememba polaritete pa je trajala približno 250 let. Med to spremembo je moč magnetnega polja oslabila na 5 % sedanje moči. Kratke motnje, ki ne povzročijo preobrata, imenujemo geomagnetne ekskurzije.
Vzrok geomagnetnih preobratov
Glavni vir Zemljinega magnetnega polja je dinamika tekočega železa v zunanjem zemeljskem jedru (t. i. geodinamo). Konvekcijski toku, rotacija Zemlje in električni tokovi v tej tekoči plasti ustvarjajo in vzdržujejo magnetno polje. Spremembe v teh tokovih (na primer zaradi termičnih ali kompozicijskih nihanj) lahko povzročijo, da se dipolno polje oslabijo, postane bolj zapleteno ali se končno obrne. Numerične simulacije geodinamike kažejo, da so prehodi naraven rezultat nestabilnosti v tem sistemu.
Kako vemo, da so se preobrati zgodili
- Magnetne sledi v morskem dnu: pri srednjeatlantskem grebenu in drugih razpokah se lava dvigne, ohladi in ohrani smer svojega magnetnega momenta – to ustvarja simetrične "črte" magnetnih anomalij na obeh straneh grebena.
- Paleomagnetizem v lavah in sedimentih: posamezne izbruhe lave ali plasti usedlin zapišejo smer polja v času strjevanja ali odlaganja.
- Arheomagnetizem: speči glineni predmeti (npr. keramika) in peči beležijo staro magnetno polje, kar pomaga datirati in rekonstruirati pretekle smeri in intenzitete.
- Kozmogenicni izotopi: višje stopnje 10Be in 14C v usedlinah in ledenih jedrih lahko odsevajo oslabljeno magnetno polje (večji vdor kozmičnih žarkov).
Trajanje in pogostost
Intervali med preobrati so zelo različni: od manj kot 0,1 milijona let do več deset milijonov let. Beseda kroni v izvirnem besedilu se nanaša na daljša obdobja z določeno polariteto. Povprečno število preobratov v zadnjih 83 Mio letih (183) pomeni približno 2–3 preobrata na milijon let, vendar je ta hitrost skozi čas spremenljiva. Sam prehod navadno poteka v tisočletjih do deset tisoč let; nekatere motnje (kot Laschamp) so bile veliko krajše in delno začasne.
Karakteristike preloma
Med preobratom dipolno polje oslabi, lahko postane bolj kompleksno in se pojavijo mnogi lokalni ali multipolni centri. V prehodnem obdobju so lahko prisotne večkratne spremembe usmerjenosti, polarne točke potujejo po zemeljski površini in intenziteta fluktuira. To pomeni, da ni nujno en sam, gladek prehod iz "sever" v "jug".
Učinki na življenje in tehnologijo
Čeprav oslabljen magnetni ščit pomeni večji pretok kozmičnih in sončnih nabitih delcev v bližnji okolici Zemlje in lahko poveča pojav polarnih svetlob in izotopskih sprememb, ni jasnih dokazov, da so geomagnetni preobrati povzročili množične izumrtja. Atmosfera še vedno ščiti površje pred večino škodljive sevalne obremenitve. V moderni dobi pa bi lahko daljše obdobje zelo šibkega polja vplivalo na satelite, radijsko komunikacijo, električne omrežja in letalski potek zaradi večjih stopinj ionizacije in sprememb v vžigu elektronskih naprav. Zato geofiziki in inženirji spremljajo spremembe magnetnega polja kot del ocene tveganj za infrastrukturo.
Znani primeri in trenutne spremembe
Najbolj znana in dobro datirana menjava je Brunhes–Matuyama pred približno 780.000 leti. Laschampov dogodek pred ~41.000 leti je primer kratke, a izrazite oslabitve in obrnjenosti, ki je trajala le nekaj sto let. Obstajajo še druge ekskurzije (kratke, nepopolne spremembe) in daljša obdobja stabilne polaritete.
Opazovanja kažejo, da se je dipolna komponenta Zemljinega magnetnega polja v zadnjih stoletjih oslabljala (približno nekaj odstotkov na stoletje), vendar to ne pomeni nujno, da je preobrat neizogiben v bližnji prihodnosti. Geodinamični procesi delujejo na časovnih lestvicah tisočletij do milijonov let.
Meritve in datiranje
Paleomagnetologi uporabljajo kombinacijo magnetnih meritev, geokemičnih datiranj (npr. argon-argon), stratigrafije in kosmogenih izotopov za sestavo geomagnetnega časovnega zapisa (paleomagnetne časovne lestvice). Ti podatki omogočajo korelacijo med različnimi lokacijami in določanje časa preobratov ter ekskurzij z visoko ločljivostjo.
Zaključek: Geomagnetni preobrati so naraven, čeprav včasih nepredvidljiv, del delovanja Zemljinega geodinamičnega sistema. Medtem ko lahko prehodna oslabitev polja vpliva na stopnjo sevanja in delovanje sodobne tehnologije, znanstveni dokazi ne kažejo, da bi bili preobrati neposredni vzrok množičnih izumrtij. Razumevanje teh dogodkov je pomembno za geofiziko, arheologijo in oceno tveganj za sodobno infrastrukturo.
Geomagnetna polarnost v zadnjih 5 milijonih let (pliocen in kvartar, pozni kainozoik). Temna območja = obdobja, v katerih se polarnost ujema s sedanjostjo Svetla območja = obdobja, v katerih je polarnost obrnjena
Zapisi iz preteklosti
Geomagnetni preobrati v preteklosti so bili prvič opaženi z opazovanjem preobratov magnetnih pasov na oceanskem dnu. To je kmalu privedlo do razvoja teorije tektonike plošč. Relativno konstantna hitrost širjenja morskega dna povzroča "črte" v bazaltu. Iz teh preteklih magnetnih polj je mogoče sklepati o polariteti. Podatke pridobimo z vleko magnetometra vzdolž morskega dna.
Nobeno obstoječe nesubducirano morsko dno ni starejše od približno 180 milijonov let, zato se za odkrivanje starejših preobratov uporabljajo druge metode. Večina sedimentnih kamnin vsebuje majhne količine mineralov, bogatih z železom. Njihova usmerjenost odraža magnetno polje v času njihovega nastanka. Kamnine ohranijo ta zapis, razen če se s poznejšim procesom ne spremenijo.
Superkroni
Superkron je interval polarnosti, ki traja vsaj 10 milijonov let. Obstajata dva uveljavljena superhrona, kredni normalni in kiamanski.
Kredna norma (imenovana tudi kredni superhron ali C34) je trajala skoraj 40 milijonov let. Od krednega normala do danes se je pogostost na splošno počasi povečevala.
Kiamanski obratni superhron je trajal od poznega karbona do poznega perma. To je več kot 50 milijonov let, od 312 do 262 milijonov let nazaj (mya). Magnetno polje je imelo obrnjeno polariteto. Ime "Kiaman" izhaja iz avstralske vasi Kiama, kjer so leta 1925 našli prve geološke dokaze o superhronu.
Geomagnetna polarnost od srednje jure
Vzroki
Magnetno polje Zemlje in drugih planetov, ki imajo magnetna polja, je posledica dinamo delovanja staljenega železa v jedru planeta. Ta konvekcija (gibanje) ustvarja električne tokove, ki povzročajo magnetna polja. V simulacijah planetarnih dinamo se pojavljajo preobrati iz osnovne dinamike. Gary Glatzmaier in sodelavec Paul Roberts z univerze UCLA sta na primer izvedla numerični model povezave med elektromagnetizmom in dinamiko tekočin v Zemljini notranjosti. Njuna simulacija je reproducirala ključne značilnosti magnetnega polja v več kot 40.000 letih simuliranega časa in računalniško generirano polje se je obrnilo. Globalni preobrati polja v neenakomernih časovnih intervalih so bili opaženi tudi v laboratorijskem poskusu s tekočo kovino VKS2.
Učinki na življenje
Kolikor nam je znano, na življenje ne vpliva. Opravljene so bile študije, da bi ugotovili, ali so preobrati kakor koli povezani z izumiranjem. Statistična analiza ni pokazala nobenih dokazov za povezavo med obračanjem in izumiranjem.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je geomagnetni obrat?
O: Geomagnetni preobrat je sprememba v magnetnem polju planeta, ki povzroči zamenjavo položajev magnetnega severa in magnetnega juga.
V: Kako pogosto se ti preobrati zgodijo?
O: Do preobratov pride približno dvakrat ali trikrat na milijon let, intervali pa so od manj kot 0,1 milijona let do 50 milijonov let.
V: Kako dolgo traja, da pride do preobrata?
O: Večina preobratov traja od 1 000 do 10 000 let. Zadnji preobrat, Brunhes-Matuyama, se je zgodil pred 780.000 leti in se je lahko zgodil zelo hitro, v času človeškega življenja.
V: Kateri je primer kratkega popolnega preobrata?
O: Kratek popoln preobrat, znan kot Laschampov dogodek, se je zgodil le pred 41 000 leti med zadnjo ledeno dobo. Ta preobrat je trajal le približno 440 let, dejanska sprememba polaritete pa je trajala približno 250 let.
V: Kako šibko je bilo Zemljino magnetno polje med to spremembo?
O: Med to spremembo je moč magnetnega polja oslabela na 5 % sedanje moči.
V: Kaj so kroni?
O: Kroni so obdobja v razponu od 0,1 do 1 milijona let s povprečno 450.000 letnimi presledki med njimi, ko se preobrati pojavljajo naključno, brez kakršnegakoli vzorca ali pravilnosti.
V: Kaj so geomagnetne ekskurzije?
O: Geomagnetni vzponi so kratkotrajne motnje, ki ne povzročijo popolnega preobrata, vendar vseeno povzročijo spremembe v zemeljskem magnetizmu.
Iskati