Το μαγνητικό πεδίο της Γης αντιστρέφεται πιο συχνά – τώρα ξέρουμε γιατί

Κάτω από τα πόδια μας, βαθιά μέσα στη Γη, ο υγρός σίδηρος παράγει το μαγνητικό πεδίο που όλοι θεωρούμε δεδομένο. Αλλά κάθε τόσο αυτό το μαγνητικό πεδίο αντιστρέφει ή αντιστρέφει την πολικότητα του. Αυτό που κάποτε ήταν μαγνητικός βορράς γίνεται νότος – και το αντίστροφο. Το πότε γίνονται αυτές οι ανατροπές – και γιατί το κάνουν – ήταν ένα διαρκές μυστήριο.

Ωστόσο, η νέα μας έρευνά δείχνει ότι υπάρχει σχέση μεταξύ του μαγνητικού πεδίου της Γης και της ποσότητας του αρχαίου πυθμένα του ωκεανού που κατεβαίνει από την επιφάνεια στον καυτό όλκιμο μανδύα από κάτω, μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως βύθισης.

Όχι μόνο αυτή η σχέση μπορεί να μας δώσει κάποια ιδέα για το πόσες αντιστροφές μαγνητικού πεδίου συμβαίνουν σε οποιαδήποτε χρονική περίοδο, αλλά μας δίνει επίσης τη δυνατότητα να καταλάβουμε πόσο γρήγορα κινείται ο μανδύας (το στρώμα της γης μεταξύ του φλοιού και του πυρήνα). Αυτό είναι σημαντικό γιατί η κίνηση του μανδύα είναι τελικά υπεύθυνη για την παραγωγή σχεδόν όλων των σεισμών, των ηφαιστείων και των αλυσίδων βουνών. Τα καυτά λοφία από τον μανδύα μπορεί επίσης να ευθύνονται για μεγάλες εξαφανίσεις της γης. Εάν μπορούμε να κατανοήσουμε τη λειτουργία του μανδύα, μπορούμε να έχουμε καλύτερη εικόνα για μακροχρόνια γεωλογικά φαινόμενα που επηρεάζουν το είδος μας.

Νεκροταφείο για επιφανειακές πλάκες

Η τεκτονική των πλακών είναι η επιστημονική θεωρία ότι η «λιθόσφαιρα» της Γης (ο ψυχρός, ανώτερος μανδύας και ο φλοιός, που είναι συγκολλημένα μεταξύ τους) χωρίζεται σε επτά μεγάλες πλάκες και σε πολλές μικρότερες. Οι πλάκες σχηματίζονται από ηφαιστειακό φαινόμενο σε κέντρα εξάπλωσης στο μέσο του ωκεανού, όπως το Mid-Atlantic Rift. Μόλις βρεθεί στην επιφάνεια, η νέα λιθόσφαιρα απομακρύνεται από τα κέντρα εξάπλωσης και ψύχεται για εκατομμύρια χρόνια. Με την πάροδο του χρόνου γίνεται πιο πυκνό και τελικά η λιθόσφαιρα βυθίζεται ξανά στον καυτό μανδύα σε ζώνες βύθισης, όπως αυτή που βρίσκεται ακριβώς δυτικά των Άνδεων.

Σε αυτό το σημείο, οι πλάκες εξαφανίζονται από την επιφάνεια της γης. Αλλά οι σεισμολόγοι ισχυρίζονται ότι οι ψυχρότερες «πλάκες» της λιθόσφαιρας μπορούν να εντοπιστούν βαθιά στο μανδύα έως και 300 εκατομμύρια χρόνια μετά την εξαφάνισή τους από την επιφάνεια. Οι πλάκες της λιθόσφαιρας έχουν κατέβει χιλιάδες χιλιόμετρα προς τα κάτω, εκτοπίζοντας τεράστιους όγκους στερεού μανδύα στη διαδικασία και σχηματίζοντας ένα «νεκροταφείο πλάκας» ακριβώς πάνω από τον πολύ πιο πυκνό υγρό σίδηρο εξωτερικό πυρήνα. Αυτό σημαίνει ότι οι πλάκες της λιθόσφαιρας κατεβαίνουν έως και 2.890 km και εκεί μπορεί να επηρεάσουν την κίνηση του υγρού σιδήρου στον υποκείμενο πυρήνα.

Αλλά υπάρχει έντονη διαφωνία σχετικά με τον χρόνο που χρειάζεται για να βυθιστούν οι πλάκες αρκετά ώστε να επηρεάσουν τον πυρήνα. Οι εκτιμήσεις κυμαίνονται από περίπου 50 έως 250 εκατομμύρια χρόνια.

Απολιθωμένη μαγνητική δραστηριότητα του πυρήνα

Το μαγνητικό πεδίο της Γης έχει παραμείνει για δισεκατομμύρια χρόνια, αν και η πολικότητα του έχει αναστραφεί πολλές φορές. Επειδή το μαγνητικό πεδίο αφήνει μια απολιθωμένη μαγνήτιση σε πολλά πετρώματα που σχηματίζονται στην επιφάνεια της Γης, έχουμε ένα "παλαιομαγνητικό αρχείο" για το πώς το μαγνητικό πεδίο της Γης έχει αλλάξει με την πάροδο του χρόνου.

Γνωρίζουμε επίσης ότι ο ρυθμός με τον οποίο συμβαίνουν αυτές οι αντιστροφές έχει ποικίλλει σημαντικά. Εμφανίστηκαν με ταχύτερο ρυθμό τα τελευταία εκατομμύρια χρόνια σε σχέση με τα προηγούμενα 100 μέτρα. Και εξακολουθεί να είναι ένα μεγάλο μυστήριο γιατί ο ρυθμός αλλαγής της πολικότητας είναι τόσο ποικίλος.

Το μαγνητικό πεδίο της Γης δημιουργείται στον εξωτερικό πυρήνα του υγρού με μια διαδικασία δυναμό που μετατρέπει την κίνηση του ηλεκτρικά αγώγιμου ρευστού σε ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Αυτή η διαδικασία είναι κατ' αρχήν παρόμοια με το δυναμό που χρησιμοποιείται σε έναν πυρσό εκκαθάρισης. Επομένως, ο πυρήνας της Γης μας είναι ευαίσθητος στον ρυθμό με τον οποίο χάνει θερμότητα στον υπερκείμενο ψυχρότερο μανδύα.

Όταν οι κρύες πλάκες καταβύθισης φτάνουν στον κάτω μανδύα, αυξάνουν τον ρυθμό ψύξης του πυρήνα και έτσι επιταχύνουν την κίνηση του υγρού σιδήρου μέσα σε αυτόν. Σύμφωνα με αριθμητικά μοντέλα, αυτή η επιπλέον κίνηση θα πρέπει να προκαλέσει επίσης την αύξηση του ρυθμού των αντιστροφών. Μήπως λοιπόν ο ρυθμός αντιστροφής του μαγνητικού πεδίου αυξάνεται όταν συμβαίνει περισσότερη καταβύθιση στην επιφάνεια; Αν ναι, τότε θα περιμέναμε να μετρήσουμε μια χρονική καθυστέρηση μεταξύ της καταβύθισης και των αλλαγών στον ρυθμό αντιστροφής επειδή οι πλάκες πρέπει να βυθιστούν πολύ πριν επηρεάσουν τον πυρήνα. Η μελέτη μας είχε ως στόχο να μετρήσει πόσο γρήγορα βυθίζονται οι πλάκες μέσα από τον παχύρρευστο στερεό μανδύα.

Για να το κάνουμε αυτό, εξετάσαμε τα αρχεία τόσο της «ροής καταβύθισης» (περιοχή ψυχρών πλακών που εισέρχονται στον μανδύα) όσο και του ρυθμού αντιστροφής της γεωμαγνητικής πολικότητας (πόσο συχνά συμβαίνουν αναστροφές). Τα δεδομένα ροής καταβύθισης κάλυψαν τα τελευταία 410 εκατομμύρια χρόνια από ένα παγκόσμιο μοντέλο τεκτονικής πλακών. Τα δεδομένα του ρυθμού αναστροφής προήλθαν από μια νέα συλλογή πίσω στα 500 εκατομμύρια χρόνια. Χρησιμοποιήσαμε επίσης μια παγκόσμια συλλογή των ηλικιών των κόκκων ζιργκόν (ένας τύπος ορυκτού που εμφανίζεται σε πυριγενή πετρώματα που σχηματίζονται πάνω από πλάκες καταβύθισης), η οποία είναι επίσης πιθανό να ποικίλλει ανάλογα με τη ροή βύθισης.

Όταν υποβάλαμε τη ροή βύθισης, τα δεδομένα του μαγνητικού ρυθμού αναστροφής και τη συχνότητα ηλικίας ζιρκονίου σε στατιστική ανάλυση, βρήκαμε μια σημαντική συσχέτιση που σχετίζεται με μια χρονική καθυστέρηση «επιφάνεια προς πυρήνα» περίπου 120 εκατομμυρίων ετών. Επομένως, είναι πιθανό το μαγνητικό πεδίο της γης να επηρεάζεται από αυτές τις βυθιζόμενες πλάκες λιθόσφαιρας.

Η συσχέτιση δεν είναι τέλεια και –ακόμα κι αν ήταν– δεν θα συνεπαγόταν απαραίτητα αιτιότητα, καθώς μπορεί να παίζουν πλήθος δυνητικά συγχυτικών παραγόντων. Αλλά είναι ένα ενθαρρυντικό αποτέλεσμα, γιατί ταιριάζει με τις προσδοκίες μας για το πώς λειτουργεί η βαθιά Γη και μας δίνει μια χρονική καθυστέρηση που βρίσκεται κάπου στη μέση των προηγούμενων εκτιμήσεων. Επίσης, κάνει μια μοναδική πρόβλεψη ότι, επειδή η ροή καθόδου μειώθηκε τα τελευταία 120 εκατομμύρια χρόνια, ο ρυθμός αντιστροφής προβλέπεται να μειωθεί στα επόμενα 120 εκατομμύρια χρόνια.

Η πρόκληση τώρα είναι να μάθετε πόσο γρήγορα κινείται ο μανδύας. Εάν μπορούμε να κατανοήσουμε τις αρχαίες και βαθιές διεργασίες που ευθύνονται για τους σεισμούς, τα ηφαίστεια και τα βουνά, μπορούμε να έχουμε καλύτερη εικόνα για τα γεωλογικά φαινόμενα που επηρεάζουν την καθημερινή μας ζωή.

Andrew Biggin, Καθηγητής Παλαιομαγνητισμού, Πανεπιστήμιο του Λίβερπουλ και Mark Hounslow, Research Fellow, Lancaster Environment Centre, Lancaster University

Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στο The Conversation. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.