Миттєва зміна полюсів
Люди звикли, що такі масштабні зміни, як перекроювання континентів чи клімату, відбуваються повільно. Одному поколінню важко оцінити їх, а часом просто помітити. Однак ось відкриття: грандіозна подія – переворот магнітних полюсів – може бути навіть за мірками людини майже миттєвою. І такий фокус рідна планета здатна провернути на наших очах.
Як відбуватиметься зміна полярності земного магнітного поля, вчені ще сперечаються. Один із результатів моделювання – проміжний етап "перевороту" – показаний тут. Втім, "вступні" для таких моделей ще не раз зміняться (ілюстрація Gary Glatzmaier, Paul Roberts).
Нещодавно Скотт Боуг (Scott Bogue) з Лос-Анджелеського Західного коледжу (Occidental College) та Джонатан Глен (Jonathan Glen) з геологічної служби США (US Geological Survey) вивчили давні магматичні породи в Батл-Маунтін (Battle Mountain), штат Невада. Так американські геологи показали, що інверсія магнітного поля планети може відбуватися у тисячі разів швидше, ніж припускали вчені досі.
Завдяки явищу палеомагнетизму, свого роду запису геомагнітного поля в лаві, що остигає і кристалізується, дослідники встановили, що в момент формування порід в Батл-Маунтін (а це трапилося 15 мільйонів років тому) зрушення магнітних полюсів Землі склало 53 градуси всього за один рік.
За поточними уявленнями, формування магнітного поля Землі відповідає рідка частина її ядра. Але процеси в ядрі досі вивчені мало. У цій галузі і зараз дослідники продовжують відкривати грандіозні явища на кшталт "перетравлення". На малюнку показано внутрішнє (червоний колір) та зовнішнє (жовтий) ядро Землі, лінії магнітного поля (сині), потоки металів (коричневі)лінії), викликані обертанням ядра (чорна стрілка), та конвективні потоки (світло-коричневі стрілки) (ілюстрація із сайту qwickstep.com).
У тому вдалому (для нинішніх вчених) виверженні перша порція лави вже застигла (запам'ятавши напрямок геомагнітного поля), але через рік знову була розігріта другим викидом розплавлених кам'яних порід, перезаписавши у верхньому своєму шарі новий напрямок, що відрізняється на 53 градуси від старого.
Адже, за нинішніми даними, переворот магнітних полюсів займає 4-5 тисяч років або навіть більше. Це означає, що усунення полюсів під час таких подій становить у середньому 0,045 градуси на рік. Але Боуг і Глен вважають — переполюсування може відбуватися набагато швидше, лише за чотири роки.
Якщо на цю гіпотезу накласти перші ознаки того, що чергова зміна вже почалася (він ми скажемо нижче), можна зробити висновок: у нас є шанс застати один з найграндіозніших епізодів у геологічній історії планети.
Про те, що магнітне поле Землі може перевернутися в найближчому майбутньому, вчені розмірковують давно. І ця подія — не катастрофа для планети, а цілком рядовий процес, якщо дивитися на нього з погляду геологічних епох.
Питання лише в тому, чи станеться катаклізм незабаром за звичайними людськими мірками або до грандіозного спектаклю треба почекати ще не одну тисячу років. І скільки займе сама інверсія — також предмет дискусій.
Полярність геомагнітного поля від наших днів і до середини юрського періоду (вгорі) та за останні п'ять мільйонів років (внизу). Чорні ділянки – полярність, що відповідає сьогоднішній, білі – протилежна (ілюстрації із сайту wikipedia.org).
Частота зміни полярності магнітних полюсів нашої планети сильно варіювалася у минулому. Можна лише приблизно вивестисередній показник: полюси переверталися кожні 200-300 тисяч років.
Водночас у районі 42 мільйони років тому сталося 17 інверсій за три мільйони років, а, наприклад, у середині крейди був дуже довгий період без інверсій, він тривав зі 120 до 83 мільйонів років тому. І перед ним були інші довгі епохи без переворотів.
Тому вчені вважають, що інверсія - процес досить випадковий і в ньому не можна вловити явної закономірності. Проте востаннє «перекидання» магнітних полюсів відбулося аж 780 тисяч років тому. Вже тому можна обережно припустити, що планета готується до такої перестановки. А ще є ряд непрямих ознак змін, що насуваються.
Північний магнітний полюс Землі звернувся до України: при вимірі темпу його зміщення в 2009 році вчені отримали 64 кілометри на рік. Тим часом у 1970-х швидкість ця становила 10-15 км/рік, а лише шість років тому — близько 60. У наявності прискорення.
Напруженість геомагнітного поля за 150 років знизилася приблизно на 10%, причому останні 22 роки вона впала на 1,7% (у середньому, оскільки в різних районах планети зміни далеко не однакові). Одночасно збільшився кут розчину каспів – приполярних областей поля, де силові лінії розходяться убік.
Смужні магнітні аномалії є одним із свідчень інверсій магнітного поля в минулому. Породи, що виливаються в океанічних хребтах, застигають, зберігаючи намагніченість з поточною орієнтацією поля. Внаслідок розсування блоків літосфери такі застиглі потоки формують паралельні смуги з намагніченістю, що чергується (ілюстрація з сайту wikipedia.org).
Взагалі магнітосфера Землі в останні роки ніби почала "протікати". Фахівці, які займаються сонячно-земними зв'язками, розмірковують про можливістьсильніших, ніж зазвичай, магнітних бур і полярних сяйв під час піку сонячної активності в циклі, який тільки-но почався.
Це не привід для паніки. Як легко зрозуміти, на пам'яті Homo Sapiens інверсія ще не траплялася, але раніше сталося багато таких подій, і життя на Землі не перервалося.
Проте побоювання дослідників викликає суттєве ослаблення поля, що супроводжує інверсію полюсів. На жаль, поки що остаточно не можна сказати, чи зникне поле на якийсь час зовсім і скільки часу планета залишатиметься без магнітного щита.
Приклад смугових магнітних аномалій у зоні розломів поблизу острова Ванкувер. Кольором показані породи з нормальною намагніченістю (збігається з сучасним полем), пропуски – з зворотною намагніченістю. Шкала – у мільйонах років (ілюстрація із сайту hawaii.edu).
Втім, якщо проводити аналогію зі зміною магнітних полюсів Сонця (а вона відбувається раз на 11 років), то повної зникнення нашого поля відбутися не повинно і катастрофічних наслідків для людей і взагалі життя не станеться.
Тут, до речі, надшвидка зміна, яку передбачає Скотт і Джонатан, нам на руку. Адже так ми менше часу ризикуємо піддатися підвищеному рівню космічних променів.
Нинішній дрейф полюса 64 кілометри на рік — це заокруглено 0,6 градуса на рік. Порівняйте це з 53 градусами у новому дослідженні. Щоправда, не відомо — чи то був короткий сплеск на тлі спокійнішого усунення (може, давнє виверження застало самий пік процесу інверсії) чи повний переворот магнітних «півночі» і «півдня» справді того разу виявився таким стрімким. Це питання тема для нових досліджень.
Історія з магнітним полем, що перекидається "на раз", схожа з історією іншого відкриття – приходу потужного заледеніння.в рамках останнього льодовикового періоду лише за шість місяців. Воно змусило вчених по-новому поглянути на те, як швидко клімат планети може переходити з одного стану в інший (кадр із сайту cgnews.com).
Не всі знають, до речі, що північний магнітний полюс Землі у фізичному сенсі є південним і навпаки. Відбулася плутанина таким чином. Коли вчені вибирали назви для полюсів звичайного магніту, вони могли б дати їм будь-які імена, хоч плюс із мінусом, хоч якісь абстрактні літери. Але на той момент люди давно користувалися компасами, стрілки яких є дипольними магнітиками.
І ось той їхній кінець, що вказує на північ, назвали північним полюсом магніту (в первісному розумінні – що тягнеться на північ), а той, що вказує на південь – південним. Але оскільки у магнітів притягуються протилежні полюси, то вийшло, що у земного магнітного поля південний полюс (у фізичному сенсі) розташований на півночі і називається «північним магнітним полюсом», а фізичний північний – на півдні.
Цікаво, що якщо станеться інверсія земного поля, а назви магнітних полюсів не змінить – справедливість щодо їхніх імен відновиться.
На малюнку показаний кут між віссю обертання Землі та віссю диполя та напрямок силових ліній (ілюстрація Peter Reid).
Повернемося, втім, трохи назад. Геологи кажуть, що тікання полюсів зі своїх місць бувало й повніше. У 1995 році вчені проаналізували залишкову намагніченість стародавніх магматичних порід у Стінс-Маунтін (Steens Mountain) у штаті Орегон і встановили, що швидкість повороту магнітного поля планети під час остигання лавового потоку досягала неймовірних шести градусів на добу (дивіться статтю в Nature).