Den reversering av jordas magnetfelt (også kalt det geomagnetiske feltet) er et tilbakevendende fenomen i jordens geologiske historie , den magnetiske Nordpolen flytte til den geografiske Sydpolen , og vice versa. Det er et resultat av en forstyrrelse av stabiliteten til jordens kjerne . Det geomagnetiske feltet får deretter panikk i en kort periode (1000 til 10 000 år) der magnetpolene beveger seg raskt over hele jordoverflaten, eller forsvinner, avhengig av teoriene.
Under denne overgangen er intensiteten til det geomagnetiske feltet veldig svak, og overflaten på planeten kan bli utsatt for solvinden , potensielt farlig for levende organismer . Hvis dette skulle skje i dag, kan mange teknologier som bruker det geomagnetiske feltet også bli påvirket.
På slutten av denne overgangsperioden, enten magnetpolene går tilbake til utgangsposisjonene, er det bare snakk om en geomagnetisk utflukt, eller de permuterer og man snakker da om inversjon.
Jordens felt har vendt om 300 ganger de siste 200 millioner årene. Den siste reverseringen skjedde for 780 000 år siden og den siste ekskursjonen for 33 000 år siden, ingen vet når den neste vil skje.
Det var i 1905 at Bernard Brunhes viste at visse vulkanske bergarter ble magnetisert i motsatt retning av det lokale terrestriske magnetfeltet ; konkluderer han med at feltet kan reverseres.
Det første estimatet av tidspunktet for magnetiske reverseringer er laget på 1920-tallet av Motonori Matuyama , som observerer at bergarter med omvendte felt alle stammer fra tidlig Pleistocene eller tidligere. På den tiden ble polariteten til jordens felt dårlig forstått, og muligheten for reverseringer vakte liten interesse.
Men 30 år senere, når jordens magnetfelt er bedre forstått, antyder mer avanserte teorier at jordfeltet kan ha blitt reversert i en fjern fortid. Mye av den paleomagnetiske forskningen på slutten av 1950 - tallet inkluderer en undersøkelse av polvandring og kontinentaldrift . Selv om det er blitt oppdaget at noen bergarter reverserer magnetfeltet sitt under avkjøling, blir det tydelig at de fleste magnetiserte vulkanske bergarter beholder spor etter jordens magnetfelt etterhvert som berget er avkjølt. I fravær av pålitelige metoder for presis datering av bergarter, antas det at inversjoner skjer omtrent hver million år.
De radiometriske dateringsteknikkene utviklet på 1950-tallet tillater et stort fremskritt i forståelsen av magnetiske inversjoner. Allan Cox og Richard Doell, ved United States Geological Survey , ønsket å vite om reverseringene hadde skjedd med jevne mellomrom, og inviterte geokronolog Brent Dalrymple til å bli med i gruppen deres. De designet den første tidsskalaen for magnetisk polaritet i 1959 . Etter hvert som dataene samlet seg, fortsatte de å finpusse denne skalaen, og konkurrerte med Don Tarling og Ian McDougall fra Australian National University . En gruppe ledet av Neil Opdyke ved Lamont-Doherty Geological Observatory viste at det samme mønsteret for reverseringer er registrert i sedimenter samlet fra hjertet av dypt vann.
I løpet av 1950- og 1960-tallet ble informasjon om variasjoner i jordens magnetfelt samlet hovedsakelig fra oseanografiske fartøy . Men de komplekse rutene til sjøfelt gjør det vanskelig å knytte navigasjonsdata til magnetometeravlesninger . Det var først da dataene ble plottet på et kart at bemerkelsesverdig regelmessige og kontinuerlige magnetbånd dukket opp på havbunnen.
I 1963 ga Frederick Vine og Drummond Matthews en enkel forklaring ved å kombinere Harry Hess ' teori om ekspansjon av havbunnen med den kjente tidsrammen for inversjoner: Hvis en ny havbunn magnetiseres i retning av feltet, vil den endre sin polaritet når felt er snudd. Dermed vil utvidelsen av havbunnen fra en sentral møne produsere magnetbånd parallelt med mønet.
De Canadiens LW Morley tilbud uavhengig en lignende forklaringJanuar 1963, men hans arbeid ble avvist av de vitenskapelige tidsskriftene Nature and Journal of Geophysical Research , og forble upublisert til 1967 , da det dukket opp i det litterære magasinet Saturday Review . Morley-Vine-Matthews-hypotesen er det første avgjørende vitenskapelige trinnet i teorien om havbunnsutvidelse og kontinentaldrift.
Begynnelsen i 1966 fant forskere ved Lamont-Doherty Geological Observatory at magnetprofilene til Pacific Crest Trail var symmetriske og stemte overens med ryggene på Reykjanes Ridge i Nord-Atlanteren. De samme magnetiske avvikene finnes i de fleste av verdenshavene, noe som gir et estimat av når det meste av havskorpen utviklet seg.
I 2017 klarte forskere fra Grenoble å modellere turbulensen i jordens ytre kjerne, noe som hjelper til med å forstå geomagnetiske endringer.
I følge dagens teori er jordens kjerne , i likhet med andre planeter, en gigantisk magnetohydrodynamisk dynamo som genererer jordens magnetfelt . Dette fenomenet vil være på grunn av bevegelsene til den ytre kjernen , sammensatt av legeringer av jern og smeltet nikkel , og til de elektriske strømmer indusert i forhold til den indre (faste) kjernen .
I simuleringene observeres det at magnetfeltlinjene noen ganger kan bli uorganiserte og sammenfiltret på grunn av de kaotiske bevegelsene til det flytende metallet i jordens kjerne .
Gary Glatzmaier og hans samarbeidspartner Paul Roberts fra University of California i Los Angeles har simulert jordens magnetfelt i mer enn 40 000 år, og det er observert en inversjon. Uregelmessige inversjoner har også blitt observert i laboratoriet under eksperimenter med flytende metall ( VKS-eksperiment ).
I disse simuleringene reverserer magnetfeltet spontant som et resultat av ustabilitet i kjernen. Dette scenariet støttes av observasjoner av solmagnetfeltet , som gjennomgår spontane reverseringer hvert 9-12 år eller så. Imidlertid observeres det at magnetisk solintensitet øker betraktelig før en inversjon, mens det ser ut til at inversjoner forekommer i perioder med lav feltstyrke.
Det antas generelt at den terrestriske dynamoen stopper, enten spontant eller etter en utløsende hendelse, og at den etter en overgangsperiode (fra 1000 til 10 000 år) setter av sted igjen med polen magnetisk nord opp eller ned. Når nord dukker opp igjen i motsatt retning, er det en inversjon; når den går tilbake til sin opprinnelige posisjon, er det en geomagnetisk utflukt .
En annen teori er foreslått av et team av franske forskere. I løpet av denne overgangen, i følge paleomagnetismearbeidet de har utført, beveger nordpolen seg, krysser ekvator (noen ganger når Antarktis ), og setter kursen østover før den returnerer til sann nord i henhold til en stor sløyfe skissert med urviseren; noen ganger foregår utflukten i motsatt retning, men følger samme rute. I alle tilfeller ledsages denne bevegelsen av en betydelig svekkelse av feltets verdi.
Denne likheten mellom banene fører til at disse forskerne antar at jordens magnetfelt består av to forskjellige felt, det av frøet (indre kjerne), sammensatt av solid metall, og det av den ytre kjernen. Frøet utgjør et slags "magnetisk reservoar" som akkumulerer dette ytre feltet.
Når magnetfeltet til den ytre kjernen av en eller annen ukjent grunn reverserer, kan frøets magnetfelt følge denne bevegelsen eller ikke, avhengig av størrelsen: Hvis de to feltene bytter, oppnås en total reversering; hvis frøfeltet motstår, går feltet til den ytre kjernen tilbake til sin opprinnelige orientering, er det en ekskursjon.
Siden orienteringen av polene forblir den samme etter en geomagnetisk utflukt, er det vanskelig å gjenkjenne dem i de naturlige geologiske postene. Det er derfor lite data om dem.
En annen hypotese som er et resultat av korrelerte målinger, er at det er en sammenheng mellom jordbaserte magnetiske endringer og endringer i gravitasjonsfelt indusert av endringer i strømmen i jordens kjerne , og årsaken til virkningen skal fremdeles bevises og den teoretiske modellen skal bevises. å bygge.
Hypotese av den utløsende hendelsenNoen forskere, som Richard A. Muller , mener at geomagnetiske reverseringer utløses av hendelser som forstyrrer strømmen av jordens kjerne . Disse begivenhetene kan være av ekstern opprinnelse, som innflytelsen fra en komet , eller intern, som inntreden av kontinentale plater i kappen ved hjelp av platetektonikk eller lava oppsvulmer ved kanten av kappen. Kjerne-kappe grense.
Talsmenn for denne teorien hevder at noen av disse hendelsene kan føre til en storstilt forstyrrelse av dynamoen, som fullstendig slukker det geomagnetiske feltet. Ettersom magnetfeltet er stabilt både med den nåværende nord-sør-orienteringen og i motsatt retning, antyder de at det etter overgangen spontant velger en retning og at det er en sjanse for en reversering.
Imidlertid ser det ikke ut til at den foreslåtte mekanismen fungerer kvantitativt , og stratigrafiske bevis for en sammenheng mellom inversjoner og kosmisk innvirkning er svake. Mer påfallende er det ingen bevis for en kosmisk reversering av virkningen som forårsaket kritt-tertiær utryddelse .
Magnetfeltet forsvinner kanskje ikke helt, med mange poler som danner kaotisk forskjellige steder, før reverseringen stabiliseres igjen. En NASA-modell (motsatt) viser at magnetfeltets akse i løpet av denne perioden endres ekstremt raskt til den blir fullstendig reversert.
Generelt anslås varigheten av en polaritetsovergang å være mellom 1000 og 10 000 år. Imidlertid ble flere raskere overganger observert:
I følge en teori er overgangen bare det andre av tre reverseringsfaser, som hver varer i gjennomsnitt 2000 år. Den første er den såkalte forløperfasen: polene beveger seg mot jordbasert ekvator og går tilbake til sin opprinnelige posisjon; etter overgangen bringer en tredje fase, rebound, polene tilbake til ekvator før de vipper definitivt.
Under denne overgangen er magnetfeltets styrke veldig svak, og overflaten på planeten kan bli utsatt for solstråling . Mange teknologier som bruker magnetfeltet kan også bli påvirket.
Solstråling og vindFlere forskere har spekulert i at hvis styrken til magnetfeltet synker kraftig, kan høyenergipartiklene som er fanget i Van Allen-beltet frigjøres og bombardere jorden.
En annen hypotese om McCormac og Evans antar at det jordiske feltet ville forsvinne helt under inversjoner. De hevder at Mars atmosfære kan ha blitt erodert av solvinden fordi den manglet et magnetfelt for å beskytte den.
Imidlertid viser paleointensitetsmålinger de siste 800.000 årene at magnetfeltet aldri forsvinner helt. Den Magneto forblir alltid til en estimert avstand på ca tre Earth stråler under Brunhes-Matuyama reversering .
Hvis magnetfeltet svekkes kraftig eller forsvinner, kan påvirkningen fra solvinden indusere et tilstrekkelig magnetfelt i ionosfæren for å beskytte overflaten til de energiske partiklene , men denne kollisjonen vil generere en sekundær stråling av type 10 Be eller 36 Cl som enten under utflukter eller under inversjoner.
Elektromagnetiske forstyrrelserVisse effekter kan vise seg å være svært skadelige for våre moderne samfunn, forstyrrelser av elektromagnetiske signaler , elektroniske enheter , for tidlig korrosjon av rørledninger , opp til massive strømbrudd som i 1989 i Quebec , konsekvensene er utallige.
Mindre solstormer skjedde i 2003 , og fikk det svenske strømnettet til å stenge . I 1859 hadde en serie solbluss fått nordlyset til å nå de karibiske øyene . En fullstendig reversering av magnetfeltet kan føre til utryddelse av alle elektriske apparater på planeten, "som vil koste økonomien titalls milliarder dollar om dagen" .
UtryddelserRett etter at den første tidsskalaen for geomagnetisk polaritet ble produsert, begynte forskere å stille spørsmål ved om polaritetshendelser kunne knyttes til utryddelse.
Korrelasjonstester mellom utryddelse og reverseringer er vanskelige av flere årsaker. Store dyr er for sjeldne i fossilregisteret for god statistikk. Selv mikrofossile data kan være tvilsomme, siden fossiloppføringen i utgangspunktet ikke er fullstendig. Det kan virke som om det har skjedd en utryddelse på slutten av et polaritetsintervall når vi ganske enkelt ikke har oppdaget noen data om resten av det polaritetsintervallet.
Det er også fremmet hypoteser som knytter reverseringer til masseutryddelse. De fleste av disse argumentene var basert på en tilsynelatende periodisitet av reverseringer. Men nærmere analyser viser at reverseringsgraden ikke er konstant. Det er imidlertid mulig at endene på superkronene opplevde en kraftig konveksjon som førte til svært omfattende vulkanisme , og asken som ble frigitt i luften forårsaket utryddelse.
I 2010 hevdet to franske forskere fra INSU at svekkelsen av det magnetiske skjoldet tillot at protonene som ble sendt ut av solen, trengte dypere inn i lagene i atmosfæren der de deretter genererer kaskadekjemiske reaksjoner som spesielt resulterer i dannelsen av nitrogenoksid , et stoff som ødelegger ozonlaget . Levende ting må da takle en økt produksjon av UV-B i lang tid med betydelige topper under solbluss . Disse effektene er studert i Sør-Amerika på grunn av den sør-atlantiske magnetiske anomali . Imidlertid antyder statistisk analyse ingen sammenheng mellom reverseringer og utryddelser.
Studiet av magnetitten som er tilstede i eldgammel keramikk, gjør det mulig å måle intensiteten til det jordbaserte magnetfeltet på tidspunktet for gjenstanden. Denne teknikken lar oss si at intensiteten på jordens felt har gått ned i 1500 år. Målinger utført over hele kloden bekrefter at intensiteten har gått ned med 10% på 50 år.
Den Jordens magnetiske nordpol har flyttet fra Nord- Canada til Sibir (1100 km ) med en for tiden økende hastighet. I 1970 flyttet den 10 km per år, mot 40 km i 2003 og har siden da bare akselerert. I løpet av det siste tiåret har magnetisk nord beveget seg omtrent en grad hvert femte år.
I 2013 , den europeiske romorganisasjonen lanserte Swarm oppdrag , ett av målene som er å forutsi datoen for neste reversering.
I en artikkel publisert i 2017 på The Conversation , forklarer to forskere fra University of Leeds at en ny reversering av jordens magnetiske poler kan forekomme i løpet av 2000 år.
Imidlertid er ingen sikre på at reduksjonen i feltet vil fortsette i fremtiden. Siden ingen noen gang har observert disse inversjonene, og siden mekanismen for generering av magnetfeltet fremdeles ikke er godt forstått, er det vanskelig å si om de observerte variasjonene er tegn på en ny inversjon eller en geomagnetisk ekskursjon.
Nedgangshastigheten og strømintensiteten ligger innenfor det normale variasjonsområdet, som det fremgår av de tidligere variasjonene, innprentet i berget, av magnetfeltet.
Naturen til jordens magnetfelt er en av de heteroscedastiske svingningene . Én øyeblikkelig måling av feltet, eller flere målinger av det gjennom flere tiår eller århundrer, er ikke tilstrekkelig til å ekstrapolere en generell trend i feltstyrke. Det har gått opp og ned tidligere uten noen åpenbar grunn. I tillegg er det ikke tilstrekkelig å merke seg den lokale intensiteten til dipolfeltet (eller dets svingninger) til å karakterisere jordens magnetfelt som helhet, fordi det ikke er strengt dipolar. Dipolelementet i jordens felt kan reduseres selv om det totale magnetfeltet forblir det samme eller øker.
Gjennom analysen av magnetiske anomalier på havbunnen og dateringen av inversjonssekvenser på jorden har paleomagnetikere utviklet en tidsskala for geomagnetisk polaritet (TAG). Tidsintervallet mellom to inversjoner kalles polaritetsintervallet . Den nåværende tidsplanen inneholder 184 de siste 83 millioner årene.
Polarintervallene er klassifisert i henhold til varigheten:
Polaritetsintervaller som varer mindre enn 30.000 år kalles kryptokroner , fordi dagens teknikker ikke kan skille dem fra geomagnetiske utflukter.
Jordens felt har snudd omtrent 300 ganger de siste 200 millioner årene. Den siste reverseringen skjedde for 780 000 år siden.
SuperchronsDet er to veletablerte superkroner, Cretaceous Normal og Kiaman . En tredje kandidat, Moyero , er mer kontroversiell. Den Jurassic Quiet Zone ble betraktet som en superchron, men er nå tilskrives andre årsaker.
Enkelte områder av havbunnen, over 160 Ma , viser magnetiske anomalier med lav amplitude som er vanskelige å tolke. De finnes på østkysten av Nord-Amerika , nordvestkysten av Afrika og i det vestlige Stillehavet . Det ble opprinnelig antatt å være en superkron kalt Jurassic Quiet Zone , men magnetiske anomalier som fant sted i løpet av denne tiden har blitt oppdaget. Det er kjent at det geomagnetiske feltet hadde en lav intensitet mellom ca. 170 Ma og 130 Ma ANE, og disse delene av havbunnen er spesielt dype, noe som demper signalet mellom havbunnen og overflaten.
Den hyppighet av Jordens magnetiske felt føringer har variert mye over tid.
Disse periodene der inversjonen er hyppig, veksler med noen få superkroner.
Vi gir vanligvis en ekskursjon navnet på stedet der den ble oppdaget:
Alle disse utfluktene fant sted i løpet av den nåværende kronikken, det vil si etter den siste reverseringen til dags dato . Andre eldre utflukter er blitt oppdaget som Cobb Mountain , som fant sted for 1,2 år siden .
Flere studier har analysert de statistiske egenskapene til inversjoner i håp om å lære noe om deres underliggende mekanisme. Den diskriminerende kraften til statistiske tester er begrenset av det lille antallet polaritetsintervaller. Likevel er noen generelle egenskaper godt etablert. Spesielt er inversjonsmodellen tilfeldig . Det er ingen sammenheng mellom lengdene på polaritetsintervallene. Det er ingen preferanse for normal eller omvendt polaritet, og ingen statistisk forskjell mellom fordelingen av disse polaritetene. Denne mangelen på skjevhet er også en robust forutsigelse av dynamoteorien. Til slutt, som nevnt ovenfor, varierer frekvensen av reverseringer over tid.
Tilfeldigheten til inversjonen er uforenlig med periodisiteten , men flere forfattere har hevdet å finne periodisiteten. Imidlertid er disse resultatene sannsynligvis gjenstander fra en analyse som bruker skyvevinduprotokoller for å bestemme inversjonsfrekvenser.
De fleste statistiske inversjonsmodeller analyserer dem som en Poisson-prosess eller andre typer fornyelsesprosesser . En Poisson-prosess vil i gjennomsnitt ha en konstant inversjonsrate, så det er vanlig å bruke en ikke-stasjonær Poisson-prosess. Imidlertid, sammenlignet med en Poisson-prosess, er det redusert sannsynlighet for en inversjon i titusenvis av år etter en inversjon. Dette kan skyldes en hemming av den underliggende mekanismen, eller kan bare bety at noen kortere polaritetsintervaller har blitt savnet. En tilfeldig inversjonsmodell med inhibering kan representeres av en gammaprosess . I 2006 fant et team av fysikere fra University of Calabria at inversjoner også kan samsvare med en Lévy-fordeling , som beskriver stokastiske prosesser med langsiktige sammenhenger mellom hendelser over tid. Dataene er også kompatible med en deterministisk , men kaotisk prosess.
Det er to disipliner viet til studiet og dateringen av hendelser med geomagnetisk polaritet:
Paleomagnetisme er studiet av terrestriske geomagnetiske variasjoner.
Feltreverseringer som allerede har funnet sted er registrert ved størkning av ferromagnetiske (eller mer nøyaktig, ferrimagnetiske ) mineraler som finnes i konsoliderte sedimentære forekomster eller i avkjølte vulkanske strømmer .
De geomagnetiske reverseringene som allerede har funnet sted ble først lagt merke til ved å observere avvikene fra magnetbåndene på havbunnen. Lawrence W. Morley , Frederick John Vine og Drummond Hoyle Matthews laget forbindelsen med oseanisk ekspansjon i Morley-Vine-Matthews- hypotesen som raskt førte til utviklingen av teorien om platetektonikk . Den relativt konstante hastigheten som havbunnen sprer seg på, skaper bånd i underlaget som polariteten til det tidligere magnetfeltet kan utledes fra, inkludert å slepe et magnetometer langs havbunnen.
Siden ingen subduksjonssone (skyv fra havbunnen over kontinentale plater) som eksisterer i dag er mer enn 190 millioner år gammel (Ma), er det andre metoder som er nødvendige for å oppdage eldre inversjoner. De fleste sedimentære bergarter inneholder små mengder jernrike mineraler, hvis orientering påvirkes av det omkringliggende magnetfeltet da de ble dannet. Disse bergartene kan beholde en oversikt over feltet hvis det ikke blir slettet av en kjemisk , fysisk eller biologisk endring etterpå.
Siden magnetfeltet er globalt, kan lignende mønstre av magnetiske variasjoner oppnådd forskjellige steder brukes til å bekrefte dateringen. I løpet av de siste fire tiårene er det samlet mye paleomagnetiske data om havbunnens alder (opp til ~ 250 Ma ) og brukes til å estimere alderen på geologiske seksjoner . Denne teknikken avhenger av absolutte dateringsmetoder som radiometriske metoder for å bestemme datoen for en inversjon. Det har blitt spesielt nyttig for metamorfe og magmatiske geologer som har få stratigrafiske fossiler .
Arkeomagnetisme er studiet av variasjoner i jordens magnetfelt registrert av magnetiske mineraler som er tilstede i leire, og tillater studiet av nylige magnetiske variasjoner (på skalaen til menneskets historie).
En annen polaritetsintervallskala.
Bevegelsen til den magnetiske nordpolen over det kanadiske Arktis, 1831-2001.
Struktur av magnetosfæren.
Dynamoprosessen ved opprinnelsen til jordens magnetfelt.
Magnetometre kan måle magnetfeltet til planeter, som veldig følsomme kompasser.
Dimensjoner og indre temperaturer på den jordiske kloden.
Tverrsnitt av jorden.