表面の1, 800マイル以上下にある惑星の固体内部コアの周りを渦巻く高温の液体鉄は、大気を超えて広がる磁場を生成します。 このフィールドはコンパスの方向から宇宙線からの保護まですべてを提供するため、北極が急速にシベリアに向かっていることに気付いた科学者たちが今年初めに驚いたことは驚くことではありません。 地球物理学者は、5年の予定よりも前に地球の磁場の最新モデルを発表しようと急いでいたが、移動する極は緊急の問題を提起した：地球の磁場は反転する準備をしているのか？
私たちの世界の磁気状態は絶えず変化しており、北極と南極は毎世紀かそこらで数度さまよう。 時折、磁場は完全な極性反転を経験し、磁北極と南極が場所を切り替えますが、誰がこの転換の原因を正確に知ることはできません。 （実際、惑星の北極は現在、磁気南極ですが、地理的測定に対応するために「磁気北」と呼ばれています。）
Science Advancesで本日発表された研究で、研究者は約780, 000年前に起こったBrunhes-Matuyama反転と呼ばれる最後の極性反転の新しい推定タイムラインを報告します。 溶岩サンプル、海底堆積物、氷コアの組み合わせを使用して、彼らはこの反転の進行を追跡し、そのパターンが以前のモデルで示唆されたよりも長く複雑だったことを実証することができました。 この発見は、私たちの惑星の磁気環境がどのように進化するかをよりよく理解することを可能にし、できれば次の主要なdisturbance乱の予測を導きます。
「[極性反転]は、真にグローバルな数少ない地球物理学的現象の1つです」と、ウィスコンシン大学マディソン校の地球科学教授であり、研究の筆頭著者であるブラッドシンガーは言います。 「それは地球の最深部で始まるプロセスですが、惑星の表面全体の岩石に現れ、大気にかなり重要な影響を与えます。 …反転のタイミングの年表を確立できれば、地球上の岩石の年代を特定し、地球全体の共通の時点を知るために使用できるマーカーがあります。」
地球の磁場の生成はその中心から始まります。 放射性崩壊によって生成された固体内部コアからの熱は、周囲の溶鉄を温め、コンロの上の水の鍋のように循環させます。 鉄の流体運動または対流により電流が発生し、磁場が発生します。 地球が回転すると、磁場は回転軸とほぼ一致し、磁気的な北極と南極が作成されます。
過去260万年の間に、地球の磁場は回遊と呼ばれるイベント中に10回反転し、ほぼ20回以上反転しました。 一部の研究者は、極性反転は地球の回転と核の温度との間のバランスの乱れによって引き起こされ、液体鉄の流体運動を変化させると考えていますが、正確なプロセスは謎のままです。
地球によって生成される目に見えない磁力線の模式図。双極子磁場として表されます。 実際、私たちの磁気シールドは、太陽に面する側で地球に接近し、太陽風のために夜側で極端に引き伸ばされています。 （ピーターリード/ NASA） 歌手と同僚は、凝固した溶岩を年代測定するための新しい技術を使用することにより、最後の極性反転のより正確な時系列推定値を得ました。 摂氏約1, 100度（華氏2, 012度）で噴出する玄武岩質溶岩にはマグネタイトが含まれています。マグネタイトは鉄の酸化物で、その最外部の電子は地球の磁場に沿って配向しています。 溶岩が摂氏550度（華氏1022度）に冷えると、「磁化方向がロックされ、文字通り流れに焼き付けられます」とシンガーは言います。 その結果、磁場の履歴は固化した溶岩に刻印され、シンガーと彼のチームは、特殊なプロセスを使用して、溶岩の崩壊したサンプルのアルゴン同位体を測定することができます。
残念ながら地質学者にとっては（しかし幸いなことに私たちにとっては）、火山は常に噴火することはなく、溶岩は磁場の進化の記録的な記録管理者となります。 不足している日付を縫い合わせるために、研究チームは、世界中の7つの異なる溶岩源からの新しい測定値を、海洋堆積物と南極の氷コアの磁化元素の過去の記録と組み合わせました。 溶岩とは異なり、海洋は磁化の連続的な記録を提供します。磁性材料の粒子が海底に絶えず定着し、惑星のフィールドと整列するためです。 「しかし、これらの記録は圧縮によって滑らかになり、変形します。海底に住む多くの生き物がいます。そのため、記録は少し破壊されます」とシンガーは言います。
南極の氷には、宇宙放射線が上層大気と強く相互作用するときに形成されるベリリウム同位体のサンプルが含まれているため、地球の磁場の歴史を解決する第3の方法が提供されます。
これらの3つのソースすべてを組み合わせることで、研究者は磁場が最後の反転中にどのように進化したかについての詳細なストーリーをまとめました。 以前の研究では、すべての反転が9, 000年以下のタイムスパンで3つのフェーズを経ることが示唆されていましたが、シンガーのチームは完了するのに22, 000年以上かかるはるかに複雑な反転プロセスを発見しました。
「この22, 000年の間に、これまでよりもはるかに多くの力と方向性行動の低下と衰退のニュアンスを見ることができます」とシンガーは言います。 「そして、それは[3フェーズ]パターンと一致しません…だから、彼らは図面に戻る必要があると思います。」
調査結果は、将来のフィールド反転が同様の複雑さと期間を示すかどうかを疑問視しています。 「これは新しい火山データを記録する重要な論文であり、最後の極性反転前の地磁気の不安定性に関する火山および堆積物の記録をまとめています」と、フロリダ大学の地球物理学者であるジェームズチャネルは述べています。新しい研究では、メールで。 「この反転前の不安定性は、すべての極性反転の特徴ですか？ まだ、古い逆転からのこの証拠はありません。」
2015年にハワイのハレアカラ国立公園でマツヤマ-ブルンシュの磁気極性反転を記録した溶岩流サイトからコアの向きを決める研究共著者Rob CoeとTrevor Duarte。（Brad Singer） 3セットの測定値を使用しても、パッチをまとめた履歴が、反転にかかる時間と、そのような反転が発生したときのフィールドの正確な状態に関する十分な情報を提供するかどうかについては疑問が残ります。 「著者によって描かれた複雑な一連の出来事の証拠が完全な記録にない限り、年齢の不確実性が2つ以上の明確な段階を見分けることができるとは確信していません」とJean-Pierre Valetは言います。研究に関与しなかったパリ物理学研究所の地球物理学者。メールで。 また、バレットは、データの不確実性から、プロセス全体が13, 000年から40, 000年に及ぶ可能性があり、以前の推定よりも長い可能性があると主張して、反転の期間に疑問を呈しています。
磁場の変化は地球に広範囲に影響を与える可能性があるため、極性反転につながるプロセスについてさらに学ぶことは、将来の文明にとって重要になる可能性があります。
「反転中の[磁場]が弱い場合、主双極子場は通常の強度の10％程度に崩壊します」とシンガーは言います。 磁場はオゾン分子を安定化させ、紫外線から惑星を遮蔽するため、この崩壊は地球上の生命に問題を引き起こす可能性があります。 シンガーは、最近の研究が、磁場を悪化させたエクスカーション中にネアンデルタール人が放射線に苦しんだ後、保護遺伝子を持つようになった現代の人間を示唆していると指摘します。
「磁気反転が地球の表面の生物相に影響を与えるかどうかは、かなり長い間議論されてきました」と彼は言います。 「ネアンデルタール人の化石の発見が遠足と相関していたことを年代順に知るのに十分ではなかったため、初期の主張のほとんどは一種の馬鹿げたものです。 しかし今では、これらのタイミングがはるかによくわかっています。」
過去200年以上にわたり、地球の磁場は、世紀ごとに5パーセントの割合で減衰しています。 この弱体化と最近の北極の移動が迫り来る磁場の反転を示している場合、宇宙放射線によって損傷を受ける可能性のある衛星に依存する技術に深刻な影響を与える可能性があります。 しかし、シンガーは、次の数千年には逆転は起こりそうにないことを警告しています。
「北極が急速に動いている現在、私たちが見ているものは、実際には非常に正常です」とシンガーは言います。 「私たちが取り組んでいるものよりもはるかに貧弱な記録に基づいて公開された論文があります。 …実際の反転、最終的な反転には数千年かかります。」
それは、次の逆転までに放射線からテクノロジーをよりよくシールドするために、人類をしばらく買うはずです。 それまでは、コンパスが1〜2度ずれていても心配しないでください。
