Sterrekunde

Omkering van magnetiese pole van die aarde

Omkering van magnetiese pole van die aarde


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

As die magnetiese pole van die aarde omgekeer word, draai die aarde dan in dieselfde rigting of draai dit in die teenoorgestelde rigting?


Die aarde sal in dieselfde rigting bly draai tydens 'n geomagnetiese ommekeer.

Daar is 'n paar artikels oor hierdie verskynsel gepubliseer gedurende 2018:

National Geographic - Nee, ons is nie almal gedoem deur die magneetveldflip van die aarde nie

Science Daily - Die magnetiese veld van die aarde gaan nie omkeer nie

Die gesprek - Die aarde se magneetveld keer meer gereeld om - nou weet ons waarom


Ek het 'n antwoord van dr. Christopher S. Baird gesoek en stuur sy antwoord. Dit is verkeerd. Op die oomblik wys die noordelike geografiese pool na die North Star, en die suid magnetiese pool wys ongeveer in die rigting van die North Star. Na die volgende ommekeer het die suid magneetpool wegwys vanaf Antarktika.

As die magnetiese pole draai, het dit geen invloed op die fisiese oriëntasie van die aarde of die ligging van sy geografiese pole nie. Die noordelike geografiese pool sal steeds in die Noordpool naby Kanada wees en na die North Star wys, en die suidelike geografiese pool sal steeds in Antarktika wees. Die rotasie van die aarde (wat die geografiese pole bepaal) het 'n geringe, indirekte, ingewikkelde invloed op die spiraalvloei van die aarde se vloeibare buitenste kern (wat die magnetiese pole bepaal). Dit is waarom die geografiese pole en magnetiese pole naby mekaar is. Die spiraalvloei van die aarde se vloeibare kern het egter geen invloed op die totale rotasie van die aarde nie. Dit beteken dat veranderinge aan die aarde se magneetveld nie die totale rotasie van die aarde beïnvloed nie. Die son sal steeds in die Ooste opkom.


Omkeer van die ystydperk was 'n wêreldwye gebeurtenis: 'n uiters kort ommekeer van die geomagnetiese veld, klimaatsveranderlikheid en supervulkaan

Ongeveer 41 000 jaar gelede het 'n volledige en vinnige ommekeer van die geomagnetiese veld plaasgevind. Magnetiese studies van die GFZ Duitse navorsingsentrum vir geowetenskappe oor sedimentkerne uit die Swart See toon dat 'n kompas tydens die laaste ystydperk na die Swart See gedurende hierdie periode na die suide in plaas van noord sou gewys het.

Daarbenewens bewys die data wat deur die navorsingspan gevorm is rondom GFZ-navorsers Dr. Norbert Nowaczyk en prof. Helge Arz, tesame met addisionele data uit ander studies in die Noord-Atlantiese Oseaan, die Suid-Stille Oseaan en Hawaii, dat hierdie omkeer van polariteit 'n wêreldwye gebeurtenis was. Hulle resultate word in die jongste uitgawe van die wetenskaplike tydskrif gepubliseer Aarde- en planetêre wetenskapsbriewe.

Wat opmerklik is, is die snelheid van die omkering: 'Die veldmetrie van omgekeerde polariteit, met veldlyne wat in die teenoorgestelde rigting wys in vergelyking met die huidige konfigurasie, het slegs ongeveer 440 jaar geduur, en dit het verband gehou met 'n veldsterkte wat slegs een kwart van die veld van vandag, ”verduidelik Norbert Nowaczyk. "Die werklike polariteitsveranderings het slegs 250 jaar geduur. Wat geologiese tydskale betref, is dit baie vinnig." Gedurende hierdie tydperk was die veld nog swakker, met slegs 5% van die huidige veldsterkte. As gevolg hiervan het die aarde sy beskermingsskerm teen harde kosmiese strale byna heeltemal verloor, wat gelei het tot 'n aansienlik verhoogde blootstelling aan bestraling.

Dit word gedokumenteer deur pieke van radioaktiewe berillium (10 Be) in yskerne van hierdie tyd, herwin uit die Groenlandse ysplaat. 10 Net sowel as radio-aktiewe koolstof (14 C) word veroorsaak deur die botsing van hoë-energie protone vanuit die ruimte met atome van die atmosfeer.

Die Laschamp-geleentheid

Die polariteitsomkeer wat nou gevind is met die magnetisering van die Swart See-sedimente, is al 45 jaar bekend. Dit is die eerste keer ontdek ná die ontleding van die magnetisering van verskeie lawastrome naby die dorp Laschamp naby Clermont-Ferrand in die Massif Central, wat aansienlik verskil van die geomagnetiese veld van vandag. Sedertdien staan ​​hierdie geomagnetiese kenmerk bekend as die 'Laschamp-gebeurtenis'. Die gegewens van die Massif Central verteenwoordig egter slegs enkele puntlesings van die geomagnetiese veld gedurende die laaste ystydperk, terwyl die nuwe data uit die Swart See 'n volledige beeld gee van die veranderlikhede van geomagnetiese veld met 'n hoë tydelike resolusie.

Skielike klimaatsveranderinge en 'n supervulkaan

Die geowetenskaplikes van Potsdam het 41,000 jaar gelede behalwe getuienis gegee vir 'n ommekeer van die geomagnetiese veld, maar ook gedurende die laaste ystydperk in die ontleedde kern van die Swart See, soos dit reeds bekend was uit die Groenlandse yskerne, talle skielike klimaatsveranderings. Dit het uiteindelik 'n hoë presisie-sinkronisering van die twee datarekords uit die Swart See en Groenland moontlik gemaak.

Die grootste vulkaanuitbarsting op die Noordelike Halfrond in die afgelope 100.000 jaar, naamlik die uitbarsting van die supervulkaan 39.400 jaar gelede in die gebied van die huidige Flegraïese velde naby Napels, Italië, word ook gedokumenteer binne die bestudeerde sedimente van die Swart See. Die as van hierdie uitbarsting, waartydens ongeveer 350 kubieke kilometer rots en lawa uitgegooi is, is oor die hele oostelike Middellandse See versprei en tot in sentraal-Rusland.

Hierdie drie uiterste scenario's, 'n kort en vinnige ommekeer van die Aarde se magneetveld, klimaatsveranderlikhede op kort termyn van die laaste ystydperk en die vulkaniese uitbarsting in Italië, is vir die eerste keer in 'n enkele geologiese argief ondersoek en in presiese chronologiese volgorde geplaas. .


Verbasend vinnige ommekeer van die magnetiese veld hou die aarde in

'N Voorstelling van die magnetiese veld van die aarde wys hoe dit in 'n beskermende omhelsing vanaf die pole strek. 'N Stalagmiet uit 'n grot in die suidweste van China bevat bewyse van 'n verrassende vinnige omkering van die paal sowat 98 000 jaar gelede. Beeld: Peter Reid / NASA

Aarde se magnetiese veld, wat die planeet teen sonstraling beskerm, word van tyd tot tyd omgekeer, met magnetiese suide wat magneties noord word en andersom. Daar is vermoed dat sulke veldomkerings oor duisende jare plaasgevind het, maar nuwe navorsing toon dat ten minste een in net twee eeue gebeur het toe die magneetveld en sterkte met 90 persent verminder is.

So 'n gebeurtenis in die hedendaagse elektronies onderling gekoppelde wêreld kan triljoene skade aan krag- en kommunikasiestelsels kos, sê die navorsers, terwyl die biosfeer blootgestel word aan verhoogde vlakke van sonstraling.

"Die magnetiese veld van die aarde, wat minstens 3,45 miljard jaar bestaan, bied 'n skild teen die direkte impak van sonstraling," het Andrew Roberts van die Australian National University & # 8217 s Research School of Earth Sciences gesê. 'Selfs met die sterk magnetiese veld van die aarde vandag, is ons steeds vatbaar vir sonstorms wat ons elektrisiteitsgebaseerde samelewing kan beskadig.'

Roberts en 'n span navorsers onder leiding van Chuan-Chou Shen aan die National Taiwan University en hoofskrywer dr Yu-Min Chou van die Southern University of Science and Technology in China het presiese radiometriese datering van 'n stalagmiet uit 'n grot in die suidweste van China uitgevoer paleomagnetiese veranderinge aangeteken wat dateer van 107 000 tot 91 000 jaar gelede.

Die span het bewyse opgemerk vir omkerings in die veld wat oor 'n paar eeue tot 'n paar duisend jaar plaasgevind het en wat 'n langdurige onstabiliteit van geodinamo aandui. & # 8221

& # 8220Een verrassend skielike honderdjarige omkeer oorgang het in 144 ± 58 jaar plaasgevind en lewer ongekende bewyse wat fundamentele vrae laat ontstaan ​​oor die snelheid van geomagnetiese veldverskuiwings, & # 8221 neem kennis van die inleiding in die artikel in die Proceedings of the National Academy of Sciences van die Verenigde State.

& # 8220Sulke vinnige polariteitsveranderings kan in die toekoms satelliete en die menslike samelewing ernstig beïnvloed as die huidige geomagnetiese veldintensiteit aanhou afneem. & # 8221


Omwenteling en uitwissings gekoppel aan magnetiese omkering 42.000 jaar gelede

'N Nuwe internasionale studie dui daarop dat 'n ommekeer van die magneetveld & # 8211 gekombineer met veranderende sonwinde 42.000 jaar gelede bygedra het tot 'n omgewingskrisis en massa-uitwissing. Dit het gebeur rondom die tyd van die afsterwe van die Neanderdalmense, 'n uitgestorwe menslike spesie wat eens rondgedwaal het wat nou in Europa is. Een van die navorsers in die video hierbo het kommentaar gelewer:

& # 8230 dit sou ongelooflik eng gewees het.

Die skrywers van die studie het hierdie rampspoedige periode die naam genoem Adams-oorgangsgeomagnetiese gebeurtenis, of Adams-geleentheid, 'n verwysing na 'n trope wat geskep is deur Douglas Adams, skrywer van die komedie-wetenskapfiksiereeks The Hitchhiker's Guide to the Galaxy. Adams het dit beroemd geskryf 42 was die antwoord op:

Die Universiteit van Nieu-Suid-Wallis (UNSW) Sydney en die South Australian Museum het die studie gelei, wat op 19 Februarie 2021 gepubliseer is, in die portuurbeoordeelde tydskrif. Wetenskap. Soos Chris Turney van UNSW & # 8211 'n mede-outeur van die studie & # 8211 in 'n verklaring verduidelik het:

Aarde se magnetiese veld het gedaal tot slegs 0 tot 6% sterkte tydens die Adams Event. Ons het eintlik geen magnetiese veld gehad nie. Ons kosmiese stralingsskerm was heeltemal weg.

Aangesien die magnetiese ommekeer van 42 000 jaar gelede gehelp het om aardse uitwissings te bewerkstellig, het hierdie wetenskaplikes gesê dat die lug deur wydverspreide aura's verlig sou wees. Hierdie wetenskaplikes stel voor dat die ommekeer evolusionêre raaisels, soos die uitwissing van Neanderdalmense, kan help verklaar. Beeld via Unsplash / UNSW.

Die resultate was dramaties. Sonfakkels en galaktiese kosmiese strale het deeltjies in die Aarde se atmosfeer opgeskeur, die lug ioniseer en die osoonlaag gekap. Ons voorouers sou dag en nag skokkende ligskoue oor die lug gesien het. Aurorae, normaalweg beperk tot die poolgebiede, sou oor die hele wêreld versprei het. Die geïoniseerde lug sou 'n uitstekende geleier vir elektriese storms gewees het, wat die frekwensie daarvan verhoog het.

Die onstuimigheid wat oorhoofs plaasvind en die verlies aan UV-beskerming deur die osoonlaag, kan die skielike opkoms van grotkuns verklaar toe vroeë mense na grotte teruggetrek het vir beskerming.

Soos Wetenskap tydskrif berig op 18 Februarie:

& # 8230 die wêreld is onderstebo & # 8211 ten minste magneties gesproke.

Die oudste grotkuns wat in Europa bekend is, ongeveer 42 000 jaar oud, is in die El Castillo-grot in Spanje. Hierdie rooi handafdrukke kan verband hou met 'n antieke vorm van sonskerm. Beeld via Paul Pettitt / Gobierno de Cantabria / UNSW.

Bome was die sleutel tot die raaisel

Die kauri-boom, die grootste boomsoort in Nieu-Seeland, was die sleutel tot die verstaan ​​van hierdie ou omgewingskrisis. Soms word die God van die bos genoem, en kauri-bome vorm 'n paar van die oudste woude ter wêreld. 'N Stam van 60 ton van 'n kauri-boom is etlike jare gelede gevind deur werkers wat grond gebreek het vir 'n kragstasie in Nieu-Seeland. Die boom, wat in 'n moeras bewaar is, blyk 42.000 jaar oud te wees en 'n waardevolle tydkapsule vir wetenskaplikes. Die ringe het ongeveer 1700 jaar gestrek en die magnetiese ommekeer vasgelê.

Hierdie kort magnetiese omkering was al vantevore bekend, maar voorheen is die aardse effekte daarvan liggies beskou. Die gebeurtenis is in die 1960's ontdek in die Laschamps-lawastrome in Clermont-Ferrand, Frankryk, wat duidelik blyk uit magnetiese studies oor die antieke lawa. Hierdie magnetiese ommekeer was kort, dit was wat wetenskaplikes 'n uitstappie noem: nie 'n blywende verandering in die magnetiese veld van die aarde nie, maar net 'n tydelike verandering. Soos u dalk weet, is die magnetiese noord- en suidpool van die aarde nie vasgemaak of vasgemaak aan die rotasie-as van die aarde nie. Die magnetiese pole dwaal en waggel en ruil soms af en toe plekke, soos blykbaar 41 000 tot 42 000 jaar gelede gebeur het. Hierdie spesifieke tydelike skakelaar het ongeveer 800 jaar geduur voordat dit teruggesak het. Dit word nou die Laschamps-geleentheid genoem, of die Laschamp-uitstappie.

Hierdie antieke kauri-stomp het tydens die Adams-geleentheid geleef. Beeld via Nelson Parker.

Vir die eerste keer kon ons die tydsberekening en omgewingsimpakte van die laaste magnetiese poolskakelaar presies op datum stel. Die bevindinge is moontlik gemaak met antieke Nieu-Seelandse kauri-bome, wat al meer as 40 000 jaar in sedimente bewaar word. Met behulp van die antieke bome kon ons die toename in atmosferiese radiokoolstofvlakke meet en dateer wat veroorsaak is deur die ineenstorting van die Aarde en die magneetveld.

Die Laschamp-gebeurtenis verwys dus na die omkeer van die magnetiese pool. Die nuwe term wat wetenskaplikes in 2021 gebruik het Adams-geleentheid & # 8211 verwys breër na die effekte op die aarde gedurende daardie tyd. Dit lyk asof die aarde 'n toename in aurorae, elektriese storms en kosmiese bestraling ondergaan het, wat 'n toename in atmosferiese radiokoolstofvlakke veroorsaak het. Die navorsers het hierdie gebeure gekoppel aan die uitwissing van 42 000 jaar gelede van megafauna regoor Australië en Tasmanië.

Wetenskaplikes het baie studies gedoen oor die uiteensetting tydens die Laschamp-geleentheid. Die nuwe studie het gefokus op die tydperk voor die Laschamp-gebeurtenis, aangesien die magnetiese velde oor die aarde getrek het na hul teenoorgestelde posisies. Die wetenskaplikes het bevind dat hierdie tydperk die grootste onrus in die wêreld was.

Deur die kauri-boom te bestudeer, kon navorsers 'n meer gedetailleerde tydlyn vir die Laschamp-geleentheid skep. Soos Alan Cooper van die South Australian Museum verder verduidelik het:

Die kauri-bome is soos die Rosetta-steen, wat ons help om rekords van omgewingsverandering in grotte, yskerne en veenmoeras regoor die wêreld saam te snoer.

Kan dit vandag gebeur?

Sommige bewyse dui daarop dat 'n verandering in die oriëntasie van die Aarde en die magnetiese veld reeds aan die gang is. Wetenskaplikes het die noordelike magnetiese pool wat die afgelope jare vinniger opgespoor het, opgespoor as in die verlede. En in die afgelope 170 jaar het die aarde se magnetiese veld met ongeveer 9% verswak.

Die afhanklikheid van die moderne samelewing op die elektriese rooster en satelliete het alles tot voordeel van 'n distopiese roman, as inkomende straling ons bronne van krag en kommunikasie vernietig. Die kwessie van klimaatsverandering voeg 'n ekstra element van ramp by, volgens Turney:

Ons atmosfeer is reeds gevul met koolstof op vlakke wat die mensdom nog nooit gesien het nie. 'N Magnetiese poolomkeer of uiterste verandering in sonaktiwiteit sou 'n ongekende klimaatsverandering wees. Ons moet dringend koolstofvrystellings verminder voordat so 'n ewekansige gebeurtenis weer plaasvind.

Kortom: radiokoolstofdatering in kauri-bome het navorsers gehelp om die ommekeer van die magnetiese veld 42.000 jaar gelede te verbind aan rampe en uitwissing in die omgewing.


Die metafisiese effekte van 'n magnetiese poolomkering

Die wetenskap het bewys dat die aarde tans deur 'n magnetiese poolomkeer gaan, so hoe sal dit ons beïnvloed? Deur die magnetiese velde van lawa te ontleed, kan ons vasstel dat die laaste omkeer van die magnetiese pool ongeveer 780 000 jaar gelede was. Alhoewel die fossielrekords geen dramatiese veranderinge in die diere- of plantelewe toon nie, kan subtieler verandering plaasgevind het.

Neanderdalse uitwissing?

Terwyl die fossielrekords van diere- en plantelewe geen noemenswaardige veranderinge toon nie, het John Tarduno, professor in geofisika aan die Universiteit van Rochester, 'n direkte verband voorgestel tussen die ondergang van die Neanderdalmense en 'n beduidende afname in die geomagnetiese veldintensiteit wat presies dieselfde plaasgevind het. periode.

Daarbenewens volgens Monika Korte, die wetenskaplike direkteur van die Niemegk Geomagnetic Observatory by GFZ Potsdam in Duitsland:

'Dit is nie 'n skielike draai nie, maar 'n stadige proses waartydens die veldsterkte swak word, waarskynlik word die veld ingewikkelder en kan 'n rukkie meer as twee pole vertoon en dan in sterkte opbou en (in lyn) teenoorgestelde rigting."

Osoonlaag

Een ding wat in ag geneem moet word, is wat met ons beskermende magnetiese veld rondom hierdie planeet sal gebeur as die paalverskuiwing sou plaasvind. Gaatjies binne die osoonlaag lyk met 'n verminderde magnetiese beskerming. In hierdie scenario sou die aarde uiters kwesbaar wees vir koronale massa-uitwerpings, kosmiese strale en sonfakkels, wat tot sonstraling sou lei.

Trekkende diere, seelewe en GPS

Ons GPS-vermoëns sal uitgeskakel word totdat nuwe koördinate gevestig is. Feitlik alle kommersiële lugdienste sal ook gesluit word.

Trekkende diere en voëls sou gedisoriënteer word, sowel as dolfyne, walvisse en ander soogdierlewe.

Heel waarskynlik sou 'n fisiese paalverskuiwing NIE 'n magnetiese paalverskuiwing vergesel nie, soos weereens blyk uit die geologiese rekords.

Metafisiese implikasies: die Schumann-resonansie

Die aarde se hartklop staan ​​bekend as die Schumann-resonansie, wat vermoedelik duisende jare met ongeveer 7,83 siklusse per sekonde aangeteken is. In onlangse jare het die Schumann-resonansie gestyg en is dit onlangs tot 8,90 aangeteken.

Bespiegeling lei af dat die aarde kan ophou draai sodra die Schumann-resonansie 13 siklusse per sekonde bereik het. Op daardie stadium sou die aarde vir drie dae ophou draai en dan in die teenoorgestelde rigting begin draai, wat 'n magnetiese ommekeer van die pole sou veroorsaak.

Onder hierdie uitgangspunt kan 'n magnetiese poolomkeer die manier beïnvloed waarop die hemisfere in ons brein wissel.

Drie moontlike scenario's bestaan ​​in so 'n situasie:

1. Niks gebeur met ons brein nie.
2. Die hemisfere van ons brein interaksie onmiddellik met mekaar, wat die sinaps vir hoër metafisiese vermoëns open.
3. Ons word almal mal!

Na raming sal dit tussen 1 000 en 10 000 jaar duur voordat 'n volledige omkeer van die magnetiese pool plaasvind. Ons huidige weergawe is sedert die vroeë 1900's aan die gang.

Alhoewel die uiteindelike voltooiing moontlik nog nie 900 tot 1990 jaar is nie, kan die gevolge daarvan al gesien word.

Soos blyk uit die bostaande video, kan die volle omkering dekades ver wees of "baie nader". Volgens die jongste studies van die Universiteit van Kalifornië, Berkeley, kan dit 100 jaar of minder duur, en voeg by dat die huidige verswakkende magneetveld die paalflip sal voorafgaan.

Wat ons maklik kan waarneem, is die feite:

  • Die magnetiese pole het sedert die vroeë 1900's omgekeer
  • Die Schumann-resonansie neem toe.
  • Daar was 'n onlangse verskynsel rakende ons persepsie van tyd. Kan dit verband hou met die magnetiese poolverskuiwing?

As 'soos hierbo, so onder' geïnterpreteer kan word as, 'soos binne, so sonder', kan ons dink dat daar groot veranderinge plaasvind in die kosmos, op ons planeet en uiteindelik in onsself.


Die dop van 'n Jura-ommekeer van die Aarde se magnetiese veld

Ongeveer 180 miljoen jaar gelede, tydens die hoogtepunt van die Jura-periode, het die Aarde se magnetiese veld omgedraai en die magnetiese noordpool weer in die Noordelike Halfrond gebring.

Hierdie sogenaamde van Zijl-ommekeer, vernoem na die navorser wat dit die eerste keer beskryf het, is die tweede oudste goed gedokumenteerde geomagnetiese ommekeer. Sulke versteurings van die Aarde se magnetiese veld, wat geneig is om oor 10 000 jaar plaas te vind, en moontlik baie minder, is geïdentifiseer dat dit tot 'n paar miljard jaar gelede plaasgevind het, en so onlangs as 780 000 jaar gelede. 'N Oop vraag bestaan ​​oor die effek van sulke omkerings op die eienskappe van die Aarde se magnetiese veld, insluitend die struktuur wat dit neem, en die gevolglike effekte op die vorm, grootte en sterkte daarvan. Op grond van pas geïdentifiseerde rekords van die van Zijl-ommekeer, het Moulin et al. die kronkelende bewegings van die oorgangsmagnetiese pool en die veranderlike sterkte van die paleomagnetiese veld te beskryf.

Die outeurs het die oriëntasie van magnetiese minerale wat gevind is omhul in rotsmonsters wat uit 'n ou lawaveld in Lesotho, 'n klein land in Suid-Afrika, en uit 'n ander veld in Suid-Afrika self ontleed is, geanaliseer en die verskuiwing van die geografiese ligging van die antieke magnetiese pool gevolg. Hulle vind dat die paal oor 'n kort tydperk, moontlik slegs 'n paar eeue, van 'n plek gespring wat ongeveer 45 grade suid tot een naby 45 grade noord gerig is. Die paleomagnetiese pool dryf toe deur die breedtegraad ongeveer 20 grade toe dit na die suidooste beweeg. Uiteindelik het die paal na 'n stabiele plek beweeg naby die geografiese noordpool. Volgens die outeurs het die sterkte van die magneetveld tot die magnetiese ommekeer gelei tot ongeveer 20-20 persent van die normale waarde, 'n depressie wat eers verval het sodra die ligging van die paal gestabiliseer het.


Magnetiese ommekeer het groot klimaatsveranderings veroorsaak

Wetenskaplikes koppel die mees onlangse magnetiese onstabiliteit aan wêreldwye veranderings in die omgewing.

Ongeveer 42 000 jaar gelede het 'n ommekeer van die Aarde se magnetiese pole massiewe klimaatsverskuiwings veroorsaak en omgewingsveranderings oor die hele wêreld veroorsaak, volgens nuwe Australiese navorsing.

Wetenskaplikes weet al lank dat die magneetveld van die planeet periodiek draai, terwyl die noord- en suidpool van plek verander. Die laaste bekende ommekeer - wat tydelik en tegnies bekend was as die "Laschamps-uitstappie" - het 41 000–42 000 jaar gelede plaasgevind. As so 'n gebeurtenis vandag sou plaasvind, sou dit satelliete en elektriese roosters verwoes, maar die omgewingsimpak daarvan word minder goed verstaan.

Hierdie nuwe studie, gepubliseer in Wetenskap, stel voor dat die Laschamps-uitstappie saamval met beduidende omgewings- en ekologiese veranderinge, insluitend die groei van ysplate, massa-uitwissings en selfs die opkoms van grotkuns.

Om dit te leer, het die navorsers 'n presies gedateerde atmosferiese radiokoolstofrekord opgebou met behulp van die boomringe van massiewe subfossiele Nieu-Seelandse kauri-bome (Agathis australis) wat gedurende hierdie tydperk gelewe het. Die bome het nie net veranderinge in radiokoolstofvlakke tydens die omkering van die paal aangeteken nie, maar die groeierings het ook as 'n natuurlike tydstempel opgetree.

'N Antieke kauriboomboom uit Ngāwhā, Nieu-Seeland. Krediet: Nelson Parker

"Vir die eerste keer ooit kon ons die tydsberekening en omgewingsimpakte van die laaste magnetiese poolskakelaar presies op datum stel," sê Chris Turney, mede-hoofskrywer van die studie van die Universiteit van Nieu-Suid-Wallis (UNSW).

'Met die antieke bome kon ons die toename in atmosferiese radiokoolstofvlakke meet en dateer, wat veroorsaak is deur die ineenstorting van die Aarde se magnetiese veld.'

Dit het die navorsers in staat gestel om 'n gedetailleerde tydlyn op te stel oor hoe die atmosfeer van die aarde verander het, wat toon dat daar 'n beduidende toename in radiokoolstof tydens die Laschamps-ekskursie was. Hulle het dit vergelyk met ander rekords van omgewingsveranderings van grotte, yskerne en veenmoerasse, en dit dan opgeneem in wêreldwye klimaatmodelle om na die impak op die omgewing te kyk.

Die meeste vorige navorsing het gefokus op wat tydens die ommekeer gebeur het, toe die magnetiese veld tot 28% van die huidige sterkte verminder is. Maar hierdie studie toon dat die mees dramatiese gevolge plaasgevind het in die aanloop tot die ommekeer, toe die veld tot 0-6% van sy huidige sterkte gedaal het.

Rooi oker - wat moontlik as 'n antieke vorm van sonskerm gebruik is - is 'n algemene grotkunsmotief. Die middelpunt van hierdie grotkuns uit Spanje is glo amper 42 000 jaar oud. Krediet: Paul Pettitt, met dank aan Gobierno de Cantabria.

"Ons het eintlik geen magnetiese veld gehad nie - ons kosmiese stralingsskerm was heeltemal weg," verduidelik Turney.

Dit het die planeet kwesbaar gelaat vir sonfakkels en kosmiese strale.

"Ongefilterde straling vanuit die ruimte het lugdeeltjies in die Aarde se atmosfeer uitmekaar geskeur, elektrone geskei en lig uitgestraal - 'n proses wat ionisering genoem word," verduidelik Turney. "Die geïoniseerde lug het die osoonlaag 'gebraai', wat 'n rimpel van klimaatsverandering regoor die wêreld veroorsaak het. '

Die span is van mening dat die magnetiese omkering - en die daaropvolgende blootstelling aan bestraling - gekoppel kan wees aan die groei van ysplate en gletsers destyds in Noord-Amerika, sowel as verskuiwings in groot windgordels en tropiese storms.

Verskeie ander belangrike gebeurtenisse het ook ongeveer 42 000 jaar gelede plaasgevind, waaronder die verdwyning van die Australiese megafauna en die uitwissing van die Neanderdalmense. Albei kan gekoppel word aan hierdie wydverspreide omgewingsveranderinge, miskien gedeeltelik as gevolg van 'n onvermoë om aan te pas.

Die tydsberekening val ook saam met die voorkoms van figuurlike grotkuns. Die navorsers stel voor dat verhoogde UV-straling deur 'n swak magneetveld mense moontlik daartoe gedryf het om meer skuiling te soek - en selfs die gebruik van rooi oker as vroeë sonskerm kan verklaar.

Die aanloop tot die Laschamps-ekskursie, skryf die skrywers in hul referaat, "blyk 'n belangrike klimaats-, omgewings- en argeologiese grens te wees wat voorheen grotendeels onherkenbaar was".

Volgens Agathe Lisé-Pronovost, 'n paleomagnetiese geoloog aan die Universiteit van Melbourne wat nie by die studie betrokke was nie, is hierdie nuwe navorsing fassinerend omdat 'n hipotetiese verband tussen die magnetiese veld en klimaat 'n lang vraag is.

"Baie van die besprekings in die literatuur het gespekuleer watter prosesse moontlik gebeurtenisse wat ongeveer dieselfde tyd gebeur het, kan koppel," verduidelik sy. "Dit bly grotendeels onduidelik of en hoe die magnetiese veld van ons planeet, wat in die buitenste kern gegenereer word, 'n invloed kan hê op wat aan die oppervlak gebeur."

Volgens haar is hierdie studie die eerste in sy soort wat "nuwe kwaliteitsdata en 'n oorspronklike modelleringsbenadering" bymekaarbring.

UNSW se professor Chris Turney by die Chronos 14Carbon-Cycle-aanleg. Krediet: UNSW Sydney

Dit kan help om 'n raamwerk te bied om die potensiële omgewings- en evolusionêre verskuiwings tydens die laaste volle magnetiese omkering, 780 000 jaar gelede, te bestudeer - en kan ons help om die implikasies van 'n toekomstige ommekeer te begryp.

Oor die afgelope 170 jaar het die magnetiese veld van die aarde met ongeveer 9% verswak, wat wetenskaplikes laat bespiegel het dat 'n ommekeer op hande kan wees. Verhoogde blootstelling aan sonstorms en ander kosmiese bestraling kan verwoestend wees vir ons satelliete en elektriese infrastruktuur - en Turney waarsku dat dit ook verwoestend vir die klimaat kan wees.

"Ons atmosfeer is reeds gevul met koolstof op vlakke wat die mensdom nog nooit gesien het nie," sê hy. 'N Omkering van die magneetpaal of uiterste verandering in sonaktiwiteit sou 'n ongekende klimaatsverandering wees.'


Die aarde se laaste magneetpaalflip het 22 000 jaar geneem om te voltooi

Die aarde het 'n magneetveld, op baie maniere soortgelyk aan 'n staafmagneet.

Hopelik het u met 'n staafmagneet op skool gespeel. U sprinkel ystervylsels op 'n stuk papier en plaas die magneet daaronder en die ysterskaafsels rangskik hulle in 'n lieflike stel krommes, wat by die magnetiese pole saamtrek en meer tussen hulle versprei. Die algehele vorm is soos 'n appel wat in die helfte gesny is.

Die aarde het 'n magnetiese noordpool en 'n magnetiese suidpool (moet nie verwar word met die geografiese of roterende pole nie) net soos daardie staafmagneet - ons noem dit 'n dipoolveld. Maar die meganisme wat die magnetiese velde tussen die twee skep, verskil heeltemal.

In 'n staafmagneet is dit te wyte aan ysteratome wat elk 'n klein magneetveld het, en die atome self is op so 'n manier gerig dat hulle almal bymekaar optel en die algehele magnetiese veld skep.

Op die aarde is dit baie ingewikkelder. Die aarde se kern bestaan ​​uit twee lae, die binneste kern, wat solied is, en die buitenste kern, wat vloeibaar is. Die kern is baie warm, en die binneste kern verhit die buitenste kern daarbo. Verhit van onder, trek die vloeistof in die buitenste kern saam: warm vloeistof styg en koeler goed sink. Maar daar is yster in die kern en dit is warm genoeg om geïoniseer te word, om een ​​of meer elektrone af te trek, wat die atome 'n positiewe lading gee. As 'n gelaaide deeltjie beweeg, skep dit 'n magneetveld en al die atome wat in dieselfde rigting beweeg, genereer die totale magnetiese veld van die aarde.

Solank die aarde se kern warm is, sal die buitenste kern konveksie en die aarde se magnetiese veld sal bestaan.

Die aarde se algehele magnetiese veld is soortgelyk aan 'n staafmagneet, met 'n noord- en suidpool (moet nie verwar word met die geografiese pole nie). Krediet: Peter Reid, die Universiteit van Edinburgh via NASA

... maar dit is ingewikkelder as dit.

Meer as 'n eeu gelede het wetenskaplikes ontdek dat die magnetiese veld van die aarde soms van polariteit verander, waar die noordpool die suidpool word en andersom. Let wel, dit beteken nie dat die aarde fisies omval nie - dit is algemene refrein deur samesweringskultiste van die oordeelsdag, want hulle is maklik verward of wil verwar jy - net dit, sê, as u 'n kompas gebruik, sal dit suid in plaas van noord begin wys.

Dit het mettertyd duidelik geword dat hierdie ommekeer baie, baie keer gebeur het. Byna 200 van hulle is in die fossielverslag gesien, wat meer as 80 miljoen jaar teruggaan! Dit is redelik skaars op 'n menslike tydskaal en kom ongeveer een keer elke 100.000 tot 1.000.000 jaar voor. Die saak is dat niemand regtig seker is hoe lank dit neem om van begin tot einde te gaan nie. Dit is deels omdat hulle lank gelede gebeur het - die laaste een, wat die Matuyama-Brunhes-ommekeer genoem word, was byna 800 000 jaar gelede! - en dit is ook moeilik om fyn-resolusie-data te kry, en omdat dit lyk asof dit vinnig gebeur (in 'n geologiese sin).

Maar daar is 'n nuwe studie gepubliseer wat na vulkaniese, sedimentêre en yskernrekords verwys het, en die wetenskaplike het bevind dat die saak in die mees onlangse geval ongeveer 22 000 jaar geneem het, baie langer as wat verwag is!

Die aarde se magneetveld het ongeveer 795 000 jaar gelede vir die eerste keer begin verswak. Daarna het dit polariteit omgeswaai en versterk, maar voordat dit regtig weer kon gaan sit, het dit ongeveer 11 000 jaar later (784 000 jaar gelede) weer begin wissel en ineenstort. Die magneetveld het daarna duisende jare gewissel, maar het dan die polariteit omgeswaai weer en ongeveer 773 000 jaar gelede versterk, en word die veld wat ons vandag het. Die finale flip het dalk net 4 000 jaar geneem. In plaas van net 'n skoon draai, het dit gelyk of dit drie afsonderlike stadiums ondergaan het, en soms was dit oorheers deur 'n dipoolveld (hoewel nie regtig stabiel nie) en ander tye wanneer dit meer chaoties was. Die hele saak het ook meer as twee keer so lank geduur as vorige skatting.

Volgorde wat 'n fisiese model van magnetiese omkering toon, waar blou en geel lyne magnetiese vloed na en onderskeidelik van die Aarde voorstel. Die veld raak verstrengel en chaoties tydens 'n ommekeer voordat dit weer gaan sit (let wel: finale raam word bloot omgeval en is bedoel om verteenwoordigend te wees, nie deel van die werklike model nie). Krediet: NASA / Gary Glatzmaier / Phil Plait

Hul metodiek is 'n bietjie ingewikkeld. In vulkaniese gesteente word die Aarde se magnetiese veld opgeteken terwyl die lawa yster in die rots afkoel op die Aarde, en dus kan die geomagnetiese veldsterkte en -rigting gemeet word. Radioaktiewe isotope kan gebruik word om die tydsberekening van hierdie gebeure op datum te bring. Vir sedimentêre lae verander die hoeveelheid sonlig wat die aarde ontvang op tydskale van enkele tienduisende jare as gevolg van veranderinge in die aarde se baanvorm (die Milankovitch-siklusse) en dit kan gesien word in neerslae van 'n isotoop van suurstof.

My gunsteling een is van die yskerne. Wanneer die aarde se magnetiese veld swakker is, kan kosmiese strale - super-energieke subatomiese deeltjies wat in die ruimte rondbeweeg teen die ligspoed - in ons atmosfeer toeslaan. When they hit a nitrogen or oxygen atom nucleus they split the nucleus like a bullet going through a rock the shrapnel from this includes an isotope of beryllium called 10 Be. This then gets deposited in ice, and measured in ice cores, allowing scientists to trace the geomagnetic field that way.

So this is interesting! 22,000 years is a long time on a human scale, of course, but still rapid for a geological event. It's hard to say how representative that is for other reversals, but it's a place to start.

A big question still remains, and that's why this occurs. Hypotheses abound, but overall it's likely that the field gets tangled up inside the Earth after some triggering event, and when it resettles the polarity is reversed.

Another question is what happens during the reversal? Again, a lot of conspiracy theorists love to wax anti-scientific about it, but the truth is no one is really sure. It's likely not to have a huge affect on daily life, though there are bound to be some issues with it — for example, compasses using the Earth's magnetism won't work, but GPS or some equivalent can be used instead. We'll have to be careful though, since Earth's magnetic field protects us from things like the solar wind and cosmic rays, so satellites might be affected. Our thick atmosphere should do a pretty good job protecting us from everything else (like solar wind, cosmic rays, and so on).

One more thing. A lot of breathless headlines are generated when news like this comes around, usually in the "We're overdue for X" variety, whether it's an earthquake, a volcanic eruption, or a magnetic reversal, and generally implying we're all gonna die. The time since the last reversal is somewhat longer than average, but it's not like the planet sets a calendar for these things. It could start tomorrow, or it might not happen for another million years. So until geoscientists say, "Yup, here we go!" breathe easy.


Reversal of magnetic poles of earth - Astronomy

The magnetic field of Earth is shaped like the one you see in a toy bar magnet, but there is a very important difference. The toy magnet field is firmly fixed in the solid body of the magnet and does not change with time, unless you decide to melt the magnet with a blow torch! The Earth's field, however, changes in time. Not only does its strength change, but the direction it is pointing also changes.

Map makers have been aware that the direction of the magnetic field changes since the 1700's. Every few decades, they had to re-draw their maps of harbors and landmarks to record the new compass bearings for places of interest. Think about it. If you are on a ship navigating a harbor in a fog, a slight change in your compass heading can take you into a reef or a sandbar!

Geologists have also been keeping track of the wandering magnetic poles as well. Instead of using compasses, they can actually detect the minute fossil traces of Earth's magnetism in rocks. These rocks are dated to determine when they were formed. From this information, geologists can figure out exactly how Earth's magnetic field has changed during the last two billion years. The results are surprising. Right now, the North point of your compass points towards the magnetic pole in the Northern Hemisphere. That's why compass creators put the 'N' on the tip of the magnetized compass needle. But because opposite's attract, this means that the magnetic pole in the Northern Hemisphere is actually a south magnetic pole! That's because scientists named magnetic polarity after the geographic compass direction!

Since the 1800's, Earth's magnetic South Pole which lives in the Northern Hemisphere has wandered over 1100 kilometers. By the year 2030, the magnetic pole will actually be almost right on top of our geographic North Pole. Then in the next century, it will be in the northern reaches of Siberia! Scientists are excited, and a bit concerned, by the sudden dramatic change in the magnetic pole's location. They worry that something may be going on deep within the Earth to cause these changes, and they have seen this kind of thing happen before.

What geologists have discovered is that the magnetic poles of Earth don't just wander around a little, they actually flip-flop over time. About 800,000 years ago, the Earth's magnetic poles were opposite to the ones we have today. Back then, your compass in the Northern Hemisphere would point to Antarctica, because in the Northern Hemisphere the polarity had changed to 'North' and this would have repelled the North tip of your (magnetized) compass needle. Geologists have discovered in the dating of the rocks that the magnetism of Earth has reversed itself hundreds of times over the last billion years. Careful measurements of rock strata from around the world confirm these reversal events in the same layers, so they really are global events, not just local ones. What is even more interesting is that the time between these magnetic reversals, and how long they last, has changed dramatically. 70 million years ago, when dinosaurs still roamed the landscape, the time between magnetic reversals was about one million years. Each reversal lasted about 500,000 years. 20 million years ago, the time between reversals had shortened to about 330,000 years, and each reversal lasted 220,000 years.

Today, the time between reversals has declined to only about 200,000 years during the last few million years, and each reversal lasts about 100,000 years or so. When did the last reversal happen?

This is a plot of the change in the main field strength of Earth for the last 800,000 years from the research by Yohan Guyodo and Jean-Pierre Valet at the Instuitute de Physique in Paris published in the journal Nature on May 20, 1999 (page 249-252).

The Brunhes-Matuyama Reversal ended 980,000 years ago when the polarity of the field actually did 'flip'. Since that time, the polarity of Earth's field has remained the same as what we measure today with the Northern Hemisphere Arctic Region containing a 'South-Type' magnetic polarity, and the Antarctic Region containing a 'North-type' polarity. You will note that the last reversal ended when the magnetic intensity reached near-zero levels. Since then, there was a near-reversal about 200,000 years ago labeled 'Jamaica/Pringle Falls' after the geologic stratum in which these intensity measurements were first identified. Scientists do not know just how low our field has to fall in intensity before a reversal is triggered, but the threshold seems to be below 2.0 units on the scale of the above 'VADM' plot. Beginning in the 1920's, geologists discovered traces of the last few magnetic reversals in rock samples from around the world. Between 730,000 years ago to today, we have had the current magnetic conditions where the South-type magnetic polarity is located in the Northern Hemisphere near the Arctic. Geologists call this the Brunhes Chron. Between 730,000 to 1,670,000 years ago, Earth's magnetic poles were reversed during what geologists call the Matuyama Chron. This means that the North-type magnetic polarity was found in the Northern Hemisphere. Notice that the time since the last reversal (the end of the Mayuyama Chron) is 730,000 years. This is a LOT longer than the 200,000 years!

Some scientists think that we may be overdue for a magnetic reversal by about 500,000 years!

Is there any evidence that we are headed towards this condition? Scientists think that the sudden, rapid change in our magnetic pole location is one sign of a significant change beginning to occur. Another sign is the actual strength of Earth's magnetic field.

Scientists are convinced that Earth's magnetic field is created by currents flowing in the liquid outer core of Earth. Like the current that flows to create an electromagnet, Earth's currents can change in time causing the field to increase and decrease in intensity. Geological evidence shows that Earth's field used to be twice as strong 1.5 billion years ago as it is today, but like the weather it has gone through many complicated ups and downs that scientists don't have a real good explanation for, or ability to predict. But the fossil evidence does tell us something important.

In the 730,000 years since the last magnetic reversal, Earth's field has at times been as little as 1/6 its current strength. This happened about 200,000 years ago. Also, around 700 AD it was 50% stronger than it is today. There have been many sudden ups and downs in this intensity, but some scientists think that conditions are rapidly becoming very different than the past historical trends have shown.

We've only been able to measure the Earth's magnetic field strength for about two centuries. During this time, there has been a gradual decline in the field strength. In recent years, the rate of decline seems to be accelerating. In the last 150 years, the strength of Earth's field has decreased by 5% per century. This doesn't seem like a very fast decrease, but it is one of the fastest ones that has been verified in the 800,000 year magnetic record we now have. At this rate, in 10 centuries we will be 50% below our current field strength, and after 2000 years we could be at zero-strength. The data on past reversals seems to show that, when the field reaches 10% of its current strength, a magnetic reversal can be triggered. It has been 730,000 years since the last reversal ended. We are certainly long overdue for a reversal, by some statistical estimates.

But the caveat is that magnetic changes come in a variety of timescales from the major reversal events every few hundred thousand years to micro changes called 'excursions' that come and go withing a few thousand years. Two detailed "studies of the geomagnetic field in the last 1 million years have found 14 excursions, large changes in direction lasting 5-10 thousand years each, six of which are established as global phenomena by correlation between different sites. Excursions appear to be a frequent and intrinsic part of the (paleomagnetic) secular variation".(Gubbins, David. 1999. The distinction between geomagnetic excursions and reversals. Geophysical Journal International, Vol. 137, pp. F1-F3.). The figure below shows on the left-side the magnetic intensity measurements since 500,000 years ago during the current Brunhes magnetic chron. You can easily see the 'spiky' fast excursions, but the overall magnetic intensity is decreasing in time to the present day. We may be living inside one of these fast excursions which will be replaced by a growing field in a few thousand years, but it seems that the big picture is still that the overall largescale field is declining slowly over 100,000 year timescles. It isn't the excursions we need to worry about for 'reversals' but this larger trend downwards that seems to be going on.

So, what will happen when the field reverses? The fossil record, and other geological records, seem to say 'Not much!'

Scientists have recovered deep-sea sediment cores from the bottom of the ocean. These sediments record the abundance of oxygen atoms and their most common isotope: Oxygen-18. The increases and decreases in this oxygen isotope track the ebb and flow of periods of global glaciation. What we see is that, during the time when the last reversal happened, there was no obvious change in the glacial conditions or in the way that the conditions came and went. So, at least for the last reversal, there was no obvious change in Earth's temperature other than what geologists see from the 'normal' pattern of glaciation. By the way, because glaciation depends on the tilt of Earth's spin axis, this also means that a magnetic reversal doesn't change the spinning Earth in any measurable way.

Loess deposits in China have recently given climatologists a nearly unbroken, continuous record of climate changes during the last 1,200,000 years. What they found was that the sedimentation record shows the summer monsoons and how severe they are. The only significant variation in the data could be attributed to the coming and going of glacial and inter-glacial periods. So, summer monsoons in China were not affected by the reversal in any way that can be obviously seen in the climate-related data from this period. The fossil record, at least for large animals and plants, is even less spectacular when it comes to seeing changes that can be tied to the magnetic reversal.

The Brunhes-Matuyama reversal happened 730,000 years ago during what paleontologists call the Middle Pleistocene Era (100,000 to 1 million years ago). There were no major changes in plant and animal life during this time, so the magnetic reversal did not lead to planet-wide extinctions, or other calamities that would have impacted existing life. It seems that the biggest stresses to plant and animal life were the comings and goings of the many Pleistocene Ice Ages. This led very rapidly to the evolution of cold-tolerant life forms like Woolly Mammoths, for example.

So, it seems that we may be headed for another magnetic reversal event in perhaps the next few thousand years. This event, based on past fossil and geological history, will not cause planet-wide catastrophies. The biosphere will not become extinct. Radiation from space will not cause horrible mutations everywhere. Ocean tides will not devastate coastal regions, and there will certainly not be volcanic activity that leads to global warming.

Of course, scientists cannot predict which minor effects may take place. A magnetic reversal could be a big nuisance to many organisms that will not lead to their extinction, but it just might lead to temporary changes in the way they would normally conduct themselves. The fossil record doesn't record how a species reacted to minor nuisances! Some animals use Earth's field to magnetically navigate, but we know that these same animals have back-up navigation systems too. Pigeons use Earth's magnetism to navigate, as do dolphins, whales and some insects. They also use their eyes as a backup, and a knowledge of land forms and geography, or the location of the Sun and Moon to get about. Humans have used compasses to navigate for thousands of years, but now we rely almost entirely on satellites to steer by. In the future, only those few anachronistic people using the ancient technology of compasses to get around, would have any problems!

The magnetic field of Earth shields us from cosmic rays, so losing this shield may seem like a big deal, but it really isn't. Cosmic rays are not the same kind of radiation as light, instead it consists of fast-moving particles of matter such as electrons, protons and the nuclei of some atoms. Our atmosphere is actually a far better shield of cosmic radiation than Earth's magnetic field. Losing the magnetic field during a reversal would only increase our natural radiation background exposure on the ground by a small amount - perhaps not more than 10%. The long term result might be a few thousand additional cases of cancer every year, but certainly not the extinction of the human race.

Return to Dr. Odenwald's FAQ page at the Astronomy Cafe Blog. References: Guo, Zhengtang, et al., 2000, "Summer Monsoon Variations Over the Last 1.2 Million Years from the Weathering of Loess-soil Sequences in China", Geophysical Research Letters, June 15, pp. 1751-1754. Guyodo, Yohan and Valet, Jean-Pierre 2003, "Global Changes in Intensity of the Earth's Magnetic Field During the Past 800 kyr", Nature, May 20, 2003, p. 249. Jacobs, J. A., "Reversals of the Earth's Magnetic Field, (pp. 48-50) Jacobs, J. A. "Geomagnetism" Academic Press (pp. 186-89, 215-220, 236-42) Merrill, Ronald, McElhinny, M. and McFadden, P., "The Magnetic Field of the Earth", Academic Press, (pp.120-125) Raymo, M., Oppo, D. W., and Curry, W. 1997, "The Mid-Pleistocene Climate Transition: A deep Sea Carbon Isotopic Perspective", Paleoceanography, August 1997, pp. 546-559. Rikitake, Tsuneji and Honkura, Yoshimori, "Solid Earth Geomagnetism", D. Reidel Publishing Co. (pp. 42-45) Ruddiman, W., et al. 1989, "Pleistocene Evolution: Northern Hemisphere Ice Sheets and North Atlantic Ocean", Paleoceanography, August, pp. 353-412. Wollin, G., Ericson, D., Ryan, W. and Foster, J. 1971, "Magnetism of the Earth and Climate Changes", Earth and Planetary Science Letters, vol. 12, pp. 175-183.


Magnetic pole reversal ahead?

The Earth is blanketed by a magnetic field. It’s what makes compasses point north, and protects our atmosphere from continual bombardment from space by charged particles such as protons. Without a magnetic field, our atmosphere would slowly be stripped away by harmful radiation, and life would almost certainly not exist as it does today.

You might imagine the magnetic field is a timeless, constant aspect of life on Earth, and to some extent you would be right. But Earth’s magnetic field actually does change. Every so often – on the order of several hundred thousand years or so – the magnetic field has flipped. North has pointed south, and vice versa. And when the field flips it also tends to become very weak.

On the left, the Earth’s magnetic field we’re used to. On the right, a model of what the magnetic field might be like during a reversal. Image via NASA/Gary Glazmaier

What currently has geophysicists like us abuzz is the realization that the strength of Earth’s magnetic field has been decreasing for the last 160 years at an alarming rate. This collapse is centered in a huge expanse of the Southern Hemisphere, extending from Zimbabwe to Chile, known as the South Atlantic Anomaly. The magnetic field strength is so weak there that it’s a hazard for satellites that orbit above the region – the field no longer protects them from radiation which interferes with satellite electronics.

And the field is continuing to grow weaker, potentially portending even more dramatic events, including a global reversal of the magnetic poles. Such a major change would affect our navigation systems, as well as the transmission of electricity. The spectacle of the northern lights might appear at different latitudes. And because more radiation would reach Earth’s surface under very low field strengths during a global reversal, it also might affect rates of cancer.

We still don’t fully understand what the extent of these effects would be, adding urgency to our investigation. We’re turning to some perhaps unexpected data sources, including 700-year-old African archaeological records, to puzzle it out.

Genesis of the geomagnetic field

Cutaway image of the Earth’s interior. Image via Kelvinsong

Earth’s magnetic field is created by convecting iron in our planet’s liquid outer core. From the wealth of observatory and satellite data that document the magnetic field of recent times, we can model what the field would look like if we had a compass immediately above the Earth’s swirling liquid iron core.

These analyses reveal an astounding feature: There’s a patch of reversed polarity beneath southern Africa at the core-mantle boundary where the liquid iron outer core meets the slightly stiffer part of the Earth’s interior. In this area, the polarity of the field is opposite to the average global magnetic field. If we were able to use a compass deep under southern Africa, we would see that in this unusual patch north actually points south.

This patch is the main culprit creating the South Atlantic Anomaly. In numerical simulations, unusual patches similar to the one beneath southern Africa appear immediately prior to geomagnetic reversals.

The poles have reversed frequently over the history of the planet, but the last reversal is in the distant past, some 780,000 years ago. The rapid decay of the recent magnetic field, and its pattern of decay, naturally raises the question of what was happening prior to the last 160 years.

Archaeomagnetism takes us further back in time

In archaeomagnetic studies, geophysicists team with archaeologists to learn about the past magnetic field. For example, clay used to make pottery contains small amounts of magnetic minerals, such as magnetite. When the clay is heated to make a pot, its magnetic minerals lose any magnetism they may have held. Upon cooling, the magnetic minerals record the direction and intensity of the magnetic field at that time. If one can determine the age of the pot, or the archaeological site from which it came (using radiocarbon dating, for instance), then an archaeomagnetic history can be recovered.

Using this kind of data, we have a partial history of archaeomagnetism for the Northern Hemisphere. In contrast, the Southern Hemisphere archaeomagnetic record is scant. In particular, there have been virtually no data from southern Africa – and that’s the region, along with South America, that might provide the most insight into the history of the reversed core patch creating today’s South Atlantic Anomaly.

But the ancestors of today’s southern Africans, Bantu-speaking metallurgists and farmers who began to migrate into the region between 2,000 and 1,500 years ago, unintentionally left us some clues. These Iron Age people lived in huts built of clay, and stored their grain in hardened clay bins. As the first agriculturists of the Iron Age of southern Africa, they relied heavily on rainfall.

Grain bins of the style used centuries ago. Image via John Tarduno

The communities often responded to times of drought with rituals of cleansing that involved burning mud granaries. This somewhat tragic series of events for these people was ultimately a boon many hundreds of years later for archaeomagnetism. Just as in the case of the firing and cooling of a pot, the clay in these structures recorded Earth’s magnetic field as they cooled. Because the floors of these ancient huts and grain bins can sometimes be found intact, we can sample them to obtain a record of both the direction and strength of their contemporary magnetic field. Each floor is a small magnetic observatory, with its compass frozen in time immediately after burning.

With our colleagues, we’ve focused our sampling on Iron Age village sites that dot the Limpopo River Valley, bordered today by Zimbabwe to the north, Botswana to the west and South Africa to the south.

What’s happening deep within the Earth, beneath the Limpopo River Valley Image via John Tarduno

Magnetic field in flux

Sampling at Limpopo River Valley locations has yielded the first archaeomagnetic history for southern Africa between A.D. 1000 and 1600. What we found reveals a period in the past, near A.D. 1300, when the field in that area was decreasing as rapidly as it is today. Then the intensity increased, albeit at a much slower rate.

The occurrence of two intervals of rapid field decay – one 700 years ago and one today – suggests a recurrent phenomenon. Could the reversed flux patch presently under South Africa have happened regularly, further back in time than our records have shown? If so, why would it occur again in this location?

Over the last decade, researchers have accumulated images from the analyses of earthquakes’ seismic waves. As seismic shear waves move through the Earth’s layers, the speed with which they travel is an indication of the density of the layer. Now we know that a large area of slow seismic shear waves characterizes the core mantle boundary beneath southern Africa.

Location of the South Atlantic Anomaly. Image via Michael Osadicw/John Tarduno

This particular region underneath southern Africa has the somewhat wordy title of the African Large Low Shear Velocity Province. While many wince at the descriptive but jargon-rich name, it is a profound feature that must be tens of millions of years old. While thousands of kilometers across, its boundaries are sharp. Interestingly, the reversed core flux patch is nearly coincident with its eastern edge.

The fact that the present-day reversed core patch and the edge of the African Large Low Shear Velocity Province are physically so close got us thinking. We’ve come up with a model linking the two phenomena. We suggest that the unusual African mantle changes the flow of iron in the core underneath, which in turn changes the way the magnetic field behaves at the edge of the seismic province, and leads to the reversed flux patches.

We speculate that these reversed core patches grow rapidly and then wane more slowly. Occasionally one patch may grow large enough to dominate the magnetic field of the Southern Hemisphere – and the poles reverse.

The conventional idea of reversals is that they can start anywhere in the core. Our conceptual model suggests there may be special places at the core-mantle boundary that promote reversals. We do not yet know if the current field is going to reverse in the next few thousand years, or simply continue to weaken over the next couple of centuries.

But the clues provided by the ancestors of modern-day southern Africans will undoubtedly help us to further develop our proposed mechanism for reversals. If correct, pole reversals may be “Out of Africa.”

John Tarduno, Professor of Geophysics, University of Rochester and Vincent Hare, Postdoctoral Associate in Earth and Environmental Sciences, University of Rochester

This article was originally published on The Conversation. Read the original article.