10 Minute
Imaginează-ți o planetă al cărei scut invizibil se subțiază încet, apoi migrează, apoi se răstoarnă. Nu peste noapte. Nu în viețile noastre. Pe parcursul a zeci de mii de ani. Asta par a spune un set de sedimente antice de pe fundul mării, colectate de oamenii de știință care au forat în Atlanticul de Nord în 2012.
Câmpul magnetic al Pământului este adesea considerat un scut planetar relativ stabil, dar registrele geologice dezvăluie un sistem mult mai dinamic și variabil. Cercetări noi, care examină sedimentele oceanice vechi, sugerează că unele reversii geomagnetice s-au desfășurat mult mai lent decât se credea anterior. Credit: Shutterstock
Citim straturile magnetizate ale timpului
Adânc sub mare, fiecare strat subțire de sediment este o pagină din istoria Pământului. Cristale minuscule de magnetit, produse de microbi sau transportate în praf, se aliniază cu câmpul magnetic pe măsură ce stratul se formează. În milioane de ani aceste grăunțe devin un jurnal permanent al direcției și intensității câmpului. Paleomagnetiștii citesc aceste însemnări ca detectivii care analizează amprentele digitale.
Majoritatea reversiilor geomagnetice — momentele când nordul și sudul își schimbă locurile — au fost mult timp asumate a fi evenimente multi-milenare, cu durate de ordinul zecilor de mii de ani sau chiar aproximativ zece mii de ani. Dar când o echipă condusă de Yuhji Yamamoto (Kochi University) și Peter Lippert (University of Utah) a examinat carote extrase până la 300 de metri sub suprafața Atlanticului de Nord, în largul coastelor Newfoundlandului, a descoperit ceva neașteptat: intervale în care schimbarea s-a întins mult mai mult decât cazul din manuale.
Un pachet sedimentar de doar opt metri grosime a surprins o tranziție de polaritate care nu a fost o răsturnare bruscă, ci o oscilație de durată. Intervalul instabil era dispersat pe multe centimetri de carotă. Acest lucru a sugerat o reversie în slow-motion — nu o furtună scurtă, ci o lungă perioadă de turbulență în sistemul magnetic al Pământului.
Cum a reconstruit echipa reversiile lente
Strategia de eșantionare contează. Cercetătorii s-au întors la acel interval suspect și au prelevat probe la spațieri extrem de fine — doar câțiva centimetri între probe — pentru a crește rezoluția temporală. Pe parcursul a câțiva ani de măsurători de laborator și de modelare atentă a vârstelor, au construit cronologii de înaltă precizie pentru două reversii conservate în sedimente eocenice: una apropiată de 18.000 de ani și cealaltă care se întinde până la circa 70.000 de ani.
Acest efort a combinat date paleomagnetice de direcție și intensitate cu constrângeri ale ratelor de sedimentare pentru a transforma adâncimea în timp. Modelele computerizate ale geodinamo-ului — miezul exterior convectiv, conductor electric, care generează câmpul magnetic — au prezis de mult timp că reversiile pot varia larg ca durată. Multe sunt scurte; unele pot fi mult mai lungi. Acest nou registru rocă oferă dovezi empirice solide că inversările magnetice ale Pământului se pot desfășura, într-adevăr, ca niște filme în slow-motion.
Calitatea datelor și interpretarea
Pentru a fi siguri că semnalul reflectă câmpul global și nu perturbări locale ale sedimentului, cercetătorii au verificat pentru suprapuneri diagenezice, bioturbare și schimbări în mineralogie. Mineralele purtătoare de magnetit din aceste straturi eocenice au păstrat un semn magnetic coerent și consistent. Corelațiile cu alte registre globale și plausibilitatea fizică a duratelor — consistente cu simulările geodinamo — întăresc interpretarea.
Mai mult, echipa a aplicat proceduri experimentale riguroase: demagnetizare termică și alternativă (AF), analize ale anizotropiei susceptibilității magnetice și teste de paleointensitate pentru a separa semnalul primar de oricare suprapuneri recente. Controlul microstratigrafic și măsurătorile petrograpice au ajutat la identificarea modului în care procesele laterale, cum ar fi alunecările minore sau variațiile de turbiditate, ar putea afecta semnalul magnetizat.
Yuhji Yamamoto a rezumat surpriza limpede: „Această descoperire a dezvăluit un proces de reversie extraordinar de prelungit, punând sub semnul întrebării înțelegerea convențională și lăsându-ne cu adevărat uimiți.”
De ce contează durata pentru climă și viață
Câmpul magnetic este mai mult decât o indicație pentru busolă. Acesta acționează ca un filtru împotriva particulelor încărcate provenite de la Soare și a razelor cosmice din spațiul adânc. Când câmpul se slăbește și devine haotic în timpul unei reverse, particulele energetice pot pătrunde mai ușor în atmosfera superioară. Aceasta poate modifica chimia atmosferică, de exemplu prin creșterea producției de azot reactiv și specii de oxigen atipice, și poate schimba modul în care energia solară este repartizată în sistem.
Aceste perturbări chimice și radiative pot genera efecte în lanț asupra proceselor climatice regionale și globale. Potențial, ele pot influența stratificarea termică, formarea norilor și modelele de circulație atmosferică la scară largă. De asemenea, pot afecta organismele care folosesc indicații magnetice pentru navigație — de la microorganisme și insecte până la păsări și mamifere marine. „Câmpul magnetic oferă plasa de siguranță împotriva radiațiilor din spațiul cosmic”, a declarat Peter Lippert. „Dacă acea plasă se relaxează pentru zeci de mii de ani, se deschide ușa către rate și durate mai mari de expunere la radiație cosmică — influențând potențial ratele de mutație, eroziunea atmosferică în moduri subtile și comportamentele dependente de navigație.”
Legături directe între reversiile lente și extincții în masă nu sunt, în prezent, stabilite. Totuși, posibilitatea ca intervale prelungite de câmp slab să schimbe presiunile evolutive sau climatice regionale oferă paleobiologilor și climatologilor noi ipoteze testabile. De exemplu, o creștere persistentă a radiațiilor secundare la nivelul atmosferei poate altera ratele de ionizare, cu efecte asupra chimiei ozonului și a compușilor reacționali care protejează ecosistemele terestre și marine.
Context științific și tehnologic
Rezultatele apar într-un moment în care modelarea geodinamo a avansat dramatic. Simulările de înaltă performanță au produs deja un spectru de comportamente ale reversiilor: flipuri scurte și haotice și tranziții rare, îndelungate, care pot dura până la o sută de mii de ani. Găsirea unui exemplu geologic al ultimului tip ajută la ancorarea modelelor în realitate și oferă ținte clare pentru viitoarele lucrări de simulare. Acest dialog între date empirice și modele numerice este esențial pentru a rafina parametrii geodinamo și pentru a înțelege sensibilitatea la forțele interne (de exemplu, fluctuațiile fluxului termic la baza mantalei) și la instabilități magnetohidrodinamice.
Din punct de vedere tehnic, studiul s-a bazat pe miezurile Expedition 342 ale Integrated Ocean Drilling Program (IODP), pe măsurători riguroase cu magnetometre în laboratoare specializate, cu camere curate, și pe constrângeri ale ratelor de sedimentare obținute din biostratigrafie și înregistrări izotopice (de exemplu, relationări între microfossile și variații ale izotopilor oxigenului). Abordarea combinată, empirică și de modelare, este exact tipul de muncă interdisciplinară de care au nevoie științele Pământului moderne: geologie, geofizică, chimie atmosferică și modele climatice conectate.
Perspectiva experților
„Geofizica ne surprinde adesea prin cât de variabile sunt, în realitate, procesele planetare”, spune dr. Maria Kovalenko, geofiziciană la un laborator național de cercetare, neimplicată în studiu. „Ideea că o reversie poate fi întinsă pe zeci de mii de ani reconfigurează modul în care gândim despre protecția magnetică și cuplajul acesteia cu atmosfera și biosfera. Aceste tranziții lungi oferă o fereastră extinsă pentru ca chimia indusă de vremea spațială să acționeze asupra sistemului.”
Kovalenko adaugă că lucrările viitoare ar trebui să prioritizeze înregistrări de înaltă rezoluție din situri geografic diverse. „Trebuie să știm dacă aceste reversii lente s-au manifestat la nivel global și sincron sau dacă procesele locale de depozitare au exagerat durata aparentă în câteva locații.”
Echipa lui Yuhji Yamamoto și Peter Lippert s-a concentrat pe Eocen, perioada cuprinsă între 56 și 34 de milioane de ani în urmă, o epocă caldă cu particularitățile ei climatice. Acest context contează: ratele de sedimentare, circulația oceanică și productivitatea biologică influențează fidelitatea cu care un depozit înregistrează semnale geomagnetice. Datele petrostratigrafice, împreună cu corelațiile biostratigrafice și cu secvențele izotopice, au fost folosite pentru a evalua cât de complet și continuu era arhivat semnalul magnetic în acele sedimente marine.
Atunci când mai multe linii de dovezi converg — măsurători magnetice consistente, modele de sedimentare realiste și compatibilitate cu simulările geodinamo — jurnalul geologic devine convingător. Pentru oamenii de știință care studiază trecutul și viitorul magnetic al Pământului, mesajul este clar: geodinamo-ul se comportă cu o gamă de tempo-uri mai largă decât regula empirică simplă de zece mii de ani. Câmpul magnetic are o latură imprevizibilă — uneori o schimbare rapidă, alteori o derive îndelungată. Iar atunci când acest scut cedează oarecum, consecințele se pot propaga prin atmosferă, sisteme climatice și lumea vie.
Yuhji Yamamoto examinează carotele de foraj pe JOIDES Resolution în timpul expediției din 2012 în Atlanticul de Nord.
Următorii pași sunt, în concept, simpli, deși în practică solicită resurse: găsirea mai multor înregistrări de înaltă rezoluție, rafinarea modelelor de vârstă și cuplarea observațiilor geologice la simulări îmbunătățite ale geodinamo-ului și ale chimiei atmosferice. Această muncă va spune dacă reversiile lente găsite în Newfoundland sunt curiozități rare, rezultatul previzibil al dinamicii nucleului sau un capitol neobservat din lunga poveste a Pământului.
Istoria, se pare, își ține propriul ceas lent.
Sursa: scitechdaily
Lasă un Comentariu