8 Minutės
Įsivaizduokite planetą, kurios nematomas skydas pamažu plonėja, tada lėtai slenka, o galiausiai apsiverčia. Ne per naktį. Ne per žmogaus gyvenimus. Per dešimtis tūkstančių metų. Būtent tokią istoriją, regis, pasakoja senovinės jūros dugno nuosėdos, kurias mokslininkai išgręžė Šiaurės Atlante 2012 m.
Žemės magnetinis laukas dažnai vaizduojamas kaip pastovus planetos skydas, tačiau geologiniai įrašai atskleidžia kur kas dinamiškesnę ir kintamesnę sistemą. Nauji tyrimai, nagrinėjantys senovines vandenynų nuosėdas, rodo, kad kai kurie geomagnetiniai persisukimai (geomagnetinis persisukimas) vystėsi daug lėčiau nei anksčiau manyta. Šie rezultatai stiprina poreikį susieti paleomagnetinius duomenis su geodinamo simuliacijomis ir klimato chemijos modeliais.
Magnetizuotų laiko sluoksnių skaitymas
Giliai po jūra kiekvienas plonas nuosėdų sluoksnis yra tarsi atversta Žemės istorijos knygos puslapis. Smulkūs magnetito kristalai, susidarantys dėl mikroorganizmų veiklos arba atnešami vėjo ir dulkių pavidalu, orientuojasi pagal tuo metu egzistavusį magnetinį lauką, kol sluoksnis formuojasi. Per milijonus metų šie grūdeliai saugo nuolatinę krypties ir intenziteto informaciją. Paleomagnetikai skaito tokius įrašus lyg detektyvai, analizuodami pirštų atspaudus — kiekviena krypties nuokrypa ir stiprumo kaita gali reikšti svarbius magnetinio lauko įvykius.
Dauguma geomagnetinių persisukimų — tie momentai, kai šiaurės ir pietų magnetiniai poliai išmaino vietas — ilgą laiką buvo laikomi daugiamileniškais įvykiais, trunkančiais maždaug dešimtis tūkstančių metų ar trumpiau. Tačiau komanda, vadovaujama Yuhji Yamamoto (Kochi universitetas) ir Peter Lippert (Jutos universitetas), tyrinėjusi gręžinius, iškeltus net iki 300 metrų po Šiaurės Atlanto dugnu prie Niufaundlendo, aptiko netikėtų intervalų: persisukimai, išsidėstę kuo didesniu laiko mastu nei įprasta vadovėliuose aprašyta taisyklė.
Vienas nuosėdų paketas, vos aštuonių metrų storio, užfiksavo polariteto perėjimą, kuris nebuvo staigus „įsiveržimas“, o lėtas, ilgalaikis vingis. Nestabilus intervalas pasiskirstė per daug centimetrų gręžinio mėginiuose — tai rodė į lėtą judesį primenantį persisukimą, o ne trumpą, audringą įvykį. Toks vaizdas suteikia idėją, kad geodinaminiai procesai gali vykti „sulėtintame“ ritme, paliekant ilgalaikes pasekmes geomagnetiniam laukui ir, galbūt, biosferai bei atmosferai.
Kaip komanda rekonstruodavo lėtus persisukimus
Mėginių ėmimo strategija turi didelę reikšmę laiko raiškai. Tyrėjai sugrįžo į įtartiną intervalą ir paėmė mėginius itin tankiu tarpu — vos keliais centimetrais tarp vieno ir kito — kad padidintų laikmeninę rezoliuciją. Per keletą metų laboratorinių matavimų, magnetinių tyrimų ir kruopštaus amžiaus modeliavimo jie sudarė aukštos preciziškumo laiko linijas dviem Eoceno metu saugotoms persivertimo fazėms: vienai, trunkančiai maždaug 18 000 metų, ir kitai, išsitęsusiai iki maždaug 70 000 metų.
Toks darbas derino paleomagnetinius krypties ir intensyvumo duomenis su sedimentacijos greičio (sedimentacijos greitis) apribojimais, konvertuojant gylį į laiką. Geodinamo — konvektyvios ir elektriškai laidžios išorinės šerdies procesus generuojančio magnetinio lauko — kompiuterinės simuliacijos jau seniai prognozuoja, kad persisukimų trukmė gali labai skirtis: daugelis yra trumpi ir chaotiški, bet kai kurie gali trukti žymiai ilgiau. Naujas uolienų įrašas pateikia empirinius duomenis, argumentuojančius, kad Žemės magnetiniai „apvertimai" kartais gali vykti it filmai sulėtintu režimu.
Duomenų kokybė ir interpretacija
Norint būti tikriems, kad užregistruotas signalas atspindi pačią magnetinę lauką, o ne vietines nuosėdų trikdžių pasekmes, mokslininkai patikrino diagenetinius perrašus, bioturbacijos požymius ir mineralogijos pokyčius. Eoceno sluoksniuose esantys magnetitą turintys grūdeliai išsaugojo nuoseklų ir koherentinį magnetinį parašą, o koreliacijos su kitais pasauliniais įrašais bei trukmių fizinė tikroviškumas — sutampantis su geodinamo simuliacijomis — sustiprina interpretacijos patikimumą.
Yuhji Yamamoto paprastai apibūdino atradimą: „Šis rezultatas atskleidė išskirtinai ilgą persisukimo procesą, iššūkį tradiciniam supratimui ir paliko mus tikrai nustebusius.“ Tokios tyrimo citatos padeda suprasti, kad net patyrusiems specialistams geofiziniai įrašai kartais atskleidžia netikėtus aspektus, reikalaujančius peržiūrėti egzistuojančias paradigmas.
Kodėl trukmė svarbi klimatui ir gyvybei
Magnetinis laukas yra daugiau nei tik kompaso nuoroda. Jis veikia kaip filtras prieš Saulės įkrautas daleles ir kosmines spinduliuotes, saugantis planetą. Kai laukas susilpnėja ir tampa chaotiškas persisukimo metu, daugiau energingų dalelių gali prasiskverbti į viršutinę atmosferą. Tai gali pakeisti atmosferos cheminę sudėtį, pavyzdžiui, padidindamas reaktyvios azoto formavimąsi ir nestandartinių deguonies rūšių koncentracijas, taip pat keisti tai, kaip saulės energija yra paskirstoma sistemoje (radiacijos paskirstymas), su tolimomis klimato pasekmėmis.
Tos cheminės ir radiacinės perturbacijos gali skleisti grandininį poveikį klimato procesams. Jos gali paveikti debesų formavimąsi, atmosferos jonizaciją ir chemines reakcijas, kurios veikia radiacijos balanso niuansus. Be to, organizmai, naudojantys magnetines signalines sistemas navigacijai — pavyzdžiui, migruojančios paukščių rūšys ar jūriniai gyvūnai — gali patirti orientacijos sutrikimus. „Magnetinis laukas suteikia saugos tinklą nuo kosminės spinduliuotės,“ sakė Peter Lippert. „Jei tas tinklas susilpnėja dešimtims tūkstančių metų, atsiveria galimybė ilgesnėms ir intensyvesnėms kosminės radiacijos ekspozicijoms — tai gali paveikti mutacijų dažnį, sąlyčiui su atmosfera susijusius erozijos procesus bei navigacijai priklausančius elgsenos modelius.“
Tiesioginių ryšių tarp lėtų persisukimų ir masinių išnykimų kol kas nepatvirtinta, tačiau ilgalaikės silpno lauko fazės galimybė keisti evoliucinius spaudimus arba regioninį klimatą suteikia paleobiologams ir klimatologams naujas hipotezes tyrimams. Tokios hipotezės apima idėjas apie padidėjusią radiacinę apkrovą, ilgalaikes atmosferos chemines perturbacijas ir netgi apie maisto grandinių bei ekosistemų atsakų kaitą per evoliucinius laikotarpius.
Mokslinis ir technologinis kontekstas
Šie rezultatai pasirodo tuo metu, kai geodinamo modeliai labai pažengė. Aukštos skaičiavimo galios simuliacijos jau sukūrė platų persisukimų elgsenos spektrą: trumpus, chaotiškus „įsiveržimus“ ir retus, ilgus perėjimus, trunkančius iki šimto tūkstančių metų. Geologinio pavyzdžio radimas, atitinkančio pastarąją kategoriją, padeda susieti teorinius modelius su realybe ir suteikia tikslus būsimiems modeliavimo darbas, taip pat leidžia parametrizuoti geofizinius procesus pagal empiriškai išmatuotus intervalus.
Techniniu požiūriu, studija rėmėsi Integrated Ocean Drilling Program (IODP) 342 ekspedicijos gręžiniais, kruopščiais magnetometro matavimais specializuotose švaros laboratorijose ir sedimentacijos greičio apribojimais, gautais iš biostratigrafijos ir izotopinių įrašų. Toks empirinių duomenų ir pažangių skaitmeninių modelių derinys yra būtent tas tarpdisciplininis požiūris, kurio reikalauja šiuolaikiniai Žemės mokslai: paleomagnetika, geofizika, sedimentologija ir klimato chemija turi veikti kartu, kad būtų gautas išsamus vaizdas.
Eksperto įžvalga
„Geofizika dažnai mus nustebina, atskleisdama, kokie kintami gali būti planetiniai procesai,“ sako dr. Maria Kovalenko, geofizikė nacionaliniame tyrimų institute, neprisidėjusi prie šio tyrimo. „Mintis, kad persisukimas gali užsitęsti dešimtims tūkstančių metų, perinterpretavo, kaip mes mąstome apie magnetinį skydą ir jo ryšius su atmosfera bei biosfera. Šie ilgieji perėjimai suteikia pratęstą langą, per kurį erdvės meteorologijos (space weather) pokyčių sukeliama chemija gali paveikti sistemos dinamiką.”
Kovalenko priduria, kad būsimuose darbuose reikėtų prioritetizuoti aukštos raiškos įrašus iš geografiškai įvairių vietovių. „Turime išsiaiškinti, ar šie lėti persisukimai buvo globalūs tiek pagal išraišką, tiek pagal laiką, ar vietiniai nuobūdūs depozicijos procesai tik išpūtė atrodomą trukmę keliose vietose.“ Tokia plati geografinė aprėptis padėtų atskirti vietines, depozicijos sukeliamas deformacijas nuo tikrų geodinamo veiklos signalų.
Yuhji Yamamoto ir Peter Lippert vadovaujama komanda susitelkė į Eoceno epochą (maždaug prieš 56–34 milijonus metų) — šiltą geologinį laikotarpį su savomis klimatinėmis ypatybėmis. Tas kontekstas yra svarbus: sedimentacijos greičiai, vandenynų cirkuliacija ir biologinis produktyvumas formuoja tai, kiek ištikimai nuosėdos fiksuoja geomagnetinius signalus. Kai keli nepriklausomi įrodymai susilieja, geologinis dienoraštis tampa įtikinamesnis.
Mokslininkams, tiriantiems Žemės magnetinę praeitį ir galimą ateitį, žinia aiški: geodinamo elgsenos tempo diapazonas yra platesnis nei paprasta „dešimt tūkstančių metų“ taisyklė. Magnetinis laukas gali būti nenuspėjamas — kartais staigus, kartais ilgai trauktis ar nuosekliai slinkti. Ir kai šis skydas nusilpsta, padariniai gali prasiskverbti per atmosferos, klimato sistemas ir gyvąją natūrą, sukeldami tiek fizinius, tiek ekologinius poveikius.
Yuhji Yamamoto tikrina gręžinius laive JOIDES Resolution 2012 m. ekspedicijos Šiaurės Atlante metu.
Kitos žingsniai idėjiškai paprasti, nors praktiškai reikalauja daug darbo: surasti daugiau aukštos raiškos įrašų, patikslinkite amžiaus modelius ir susieti geologinius stebėjimus su pažangesnėmis geodinamo ir atmosferinės chemijos simuliacijomis. Toks darbas paaiškins, ar Niufaundlende rasti lėti persisukimai yra reti išimtys, numatomi šerdies dinamikoje rezultatai, ar ilgai nepastebėta Žemės istorijos dalis.
Istorija, atrodo, turi savo lėtą laikrodį — ir šis laikrodis kartais tiksliomis, bet lėtai vykstančiomis bangomis perrašo mūsų supratimą apie planetos magnetinę apsaugą ir jos ryšį su gyvenimu bei klimatu.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą