Geomagnetna reverzija

Geomagnetna polarnost u posljednjih pet miliona godina (pliocen i kvater, kasna kenozojska ara). Tamna područja označavaju razdoblja u kojima polarnost odgovara današnjoj normalnoj; svijetla područja označavaju razdoblja u kojima je ta polarnost obrnuta.

Geomagnetna reverzija ili geomegnetni preokret je promjena u magnetnom polju planete Zemlje, tako da su položaji magnetnog sjevera i juga izmjenjene (što ne treba brkati sa geografski sjever i geografski jug). Zemljino magnetno polje se izmjenjivalo između razdoblja "normalne" polarnosti, u kojima je dominantni smjer polja bio isti kao sadašnji, i "obrnuta" polarnost, u kojoj je to bilo suprotno. Ova razdoblja se nazivaju hronovi .^[1] with widely varying estimates of how quickly it happened. Other sources estimate that the time that it takes for a reversal to complete is on average around 7000 years for the four most recent reversals.^[2]

Pojave reverszije statistički su slučajne. U posljednjih 83 miliona godina bilo ih je do 183 . Najnovija, inverzija Brunhes – Matuyama, dogodila se prije 780.000 godina, sa širokim varijantama procjene koliko brzo se to dogodilo. Drugi izvori procjenjuju da je vrijeme potrebno za završetak reverzije u prosjeku oko 7.000 godina za četiri najnovija preokreta. Clement (2004) sugerira da ovo trajanje ovisi o geografskojoj širini, s kraćim trajanjem na malim širinama i dužim na srednjim i većim širinama. Iako je varijabilno, trajanje potpune reverzije obično je između 2.000 i 12.000 godina, što je jedan do dva reda veličine manje od trajanja magnetnih hronova.

Iako je bilo razdoblja u kojima se polje globalno obrnulo (poput ekskurzija u Laschampu nekoliko stotina godina, ove događaji su klasificirani kao izleti, a ne puni geomagnetski preokreti. Stabilni polarni hronovi često imaju velike, brze ekskurzije usmjerenja, koje se javljaju češće nego preokreti, i mogu se smatrati neuspjelim reverzijama. Tokom takvog izleta, polje se okreće u tekućini vanjskog jezgra, ali ne u čvrstom unutrašnjem jezgru. Difuzija u tečnom vanjskom jezgru je na vremenskim razmacima od 500 godina ili manje, dok je za čvrsto unutrašnje jezgro duža, oko 3.000 godina.^[3]

Promatranje prošlih polja

Geomagnetna polarnost od sredine jure. Tamna područja označavaju razdoblja u kojima polarnost odgovara današnjoj, dok svijetli prostori označavaju ona u kojima je bila obrnuta. Superhron kredne normale vidljiv je kao široka, neprekinuta crna traka blizu sredine slike.

Reverzija polja u prošlosti može biti i biti zabilježen u "zamrznutom" feromagnetizmu (ili, tačnije, ferrimagnetskim) mineralima konsolidiranih sedimentnih naslaga ili hlađenim vulkanskih tokovi na Zemlji.

Prošli zapis geomagnetnih preokreta prvi put uočen je promatranjem magnetnih traka "anomalija" na okeanskom dnu. Lawrence W. Morley, Frederick John Vine i Drummond Hoyle Matthews povezali su to sa širenjem morskog dna, u Morley – Vine – Matthewsovoj hipotezi, što je ubrzo dovelo do razvoja teorije tektonika ploča.^[4] Relativno konstantna brzina kojom se morsko dno širi rezultira "trakama" supstrata iz kojih se može zaključiti prošlost polarnosti magnetskog polja iz podataka prikupljenih povlačenjem magnetometra duž morskog dna.

Budući da nijedno postojeće neizdignuto morsko dno (ili opiolioti morsko dno istisnuto na kontinentalne ploče) nije staro više od 180 miliona godina, potrebni su metodi za otkrivanje starijih reverzija. Većina sedimentnih stijena sadrži malene količine minerala bogatih gvožđem, na čiju orijentaciju utiče ambijentalno magnetno polje u vreme u kojem su se formirali. Ove stijene mogu sačuvati zapise polja ako se kasnije ne izbrišu hemijskom, fizičkom ili biološkom promjenom.

Budući da je magnetno polje globalno, slični obrasci magnetnih varijacija na različitim lokacijama mogu se koristiti za korelaciju starosti na različitim mjestima. U posljednjim desetljećjima prikupljeni su mnogi paleomagnetni podaci o dobi morskog dna (do ~ 250 miliona godina) i korisni su za procjenu starosti geoloških presjeka. Ovo nije neovisan metod datiranja, jer ovisi o "apsolutnom" datiranju starosnih dobi poput radioizotopskih sistema kako bi se dobile numeričke starosne dobi. To je postalo posebno korisno za geologiju metamorfnih i magnetnih stijena, gdje su indeksni fosili rijetko dostupni.

Vremenska skala geomagnetne polarnosti

Analizom magnetnih anomalija morskog dna i datiranjem reverznih sekvenci na kopnu paleomagnetisti razvijaju Geomagnetsku vremensku skalu polarnosti (GPTS). Sadašnja vremenska skala ima 184 intervala polarnosti u posljednjih 83 miliona godina (i stoga 183 reverzije).^[5][6]

Mijenjanje frekvencije tokom vremena

Brzina reverzija u Zemljinom magnetnom polju vremenom se mnogo razlikovala. Od prije 72 miliona godina, polje se preokrenulo 5 puta po milionu godina. U periodu od četiri miliona godina usredsređen na 54 miliona godina, bilo je 10 reverzija; u oko 42 miliona godina, dogodilo se 17 preokreta u periodima od po tri miliona godina. U periodu od tri miliona godina usredsređenih na 24 miliona godina, dogodilo se 13 preokreta. Ništa manje od 51 preokreta dogodilo se u periodu od prije 12 miliona godina, fokusirajući se na 15. Dvije reverzijed dogodile su se u razdoblju od 50.000 godina. Ove ere čestih preokreta izbalansiralo je nekoliko "superhronova" – dugih razdoblja kada nije bilo reverzija.

Superhronovi

Superhron je interval polarnosti koji traje najmanje 10   miliona godina. Postoje dva dobro uspostavljena superhrona, Kredna normala i Kiaman. Treći kandidat, Moyero, kontroverzniji je. Mirna zona iz jure u magnetskim anomalijama okeana nekoć se smatrala superhronom, ali se sada pripisuje drugim uzrocima.

Kredna normalna (koja se također naziva i kredni superhron ili C34) trajala je skoro 40   miliona godina, otprilike 120 do 83 miliona godina, uključujući faze od krede, od aptija do santonija. Učestalost magnetskih preokreta stalno se smanjivala prije razdoblja, dostižući svoju nisku tačku (bez preokreta) tokom ovog perioda. Između kredne normale i sadašnjosti, frekvencija se uglavnom polahko povećavala.

Superhron Kiaman Reverse trajao je otprilike od kasnog karbona do kasnog perma, ili više od 50   miliona godina, otprilike prije 312 do 262 miliona godina. Magnetno polje je preokrenulo polarnost. Naziv "Kiaman" potiče od australijskog sela Kiama, gdje su 1925. pronađeni neki od prvih geoloških dokaza superhrona.

Sumnja se da je u ordoviciju bio drugi superhron, zvani "Moyero Reverse superhron", koji je trajao više od 20   miliona godina (prije 485 do 463   miliona godina). Do sada je ovaj mogući superhron pronađen samo u dijelu rijeke Moyero sjeverno od polarnog kruga u Sibiru.

Određene oblasti okeanskog dna, starije od 160 miliona godina, imaju magnetne anomalije niske amplitude koje je teško interpretirati. Nalaze se uz istočnu obalu Sjeverne Amerike, sjeverozapadnu obalu Afrike i zapadni Pacifik. Nekada se mislilo da predstavlja superhron nazvan mirna jurska zona, ali magnetske anomalije nalaze se na kopnu u ovom periodu. Poznato je da geomagnetno polje ima mali intenzitet između oko 130 i 170 miliona godina, a ovi delovi okeanskog dna su posebno duboki, zbog čega je geomagnetni signal prigušen između morskog dna i površine.

Statistička svojstva reverzija

Nekoliko studija analiziralo je statistička svojstva preokreta u nadi da će naći nešto o njihovom temeljnom mehanizmu. Diskriminirajuća snaga statističkih testova ograničena je malim brojem polarnih intervala. Ipak, neke opće karakteristike su dobro utvrđene. Naročito da su obrasci preokreta slučajni. Ne postoji povezanost između dužina intervala polarnosti. Ne preferiraju se ni normalna ni obrnuta polarnost, niti statistička razlika između njihove distribuicije. Ovaj nedostatak pristranosti je takođe snažno predviđanje dinamo teorije.

Ne postoji brzina reverzija jer su statistički slučajne. Slučajnost preokreta nije u skladu s periodičnošću, ali nekoliko autora tvrdi da su pronašli određenu periodičnost. Međutim, ovi rezultati su vjerovatno artefakti analize pomoću kliznih prozora za pokušaj određivanja stope obrnutosti.

Većina statističkih modela reverzije, analizirala ih je u smislu Poissonovog procesa ili drugih vrsta procesa obnove. Poissonov proces imao bi u prosjeku konstantnu obrnutu brzinu, pa je uobičajeno koristiti nepostacioni Poissonov proces. Međutim, u usporedbi s Poissonovim procesom, postoji smanjena vjerovatnoće reverzije za nekoliko desetina godina nakon preokreta. To bi moglo biti posljedica inhibicije temeljnog mehanizma, ili može samo značiti da su propušteni neki kraći intervali polarnosti. Nasumični obrazac reverzija s inhibicijom može se predstaviti gama procesom . Godine 2006., tim fizičara na University of Calabria otkrio je da reverzije također odgovaraju Lévyjevoj distribuciji, koja opisuje stohastički proces s dugoročnim korelacijama između događaja u vremenu. Podaci su također u skladu s determiniranim, ali haotičnim postupkom. .^[7][8][9]

Uticaj na biosferu

Ubrzo nakon što su proizvedene prve vremenske skale geomagnetske polarnosti, naučnici su započeli istraživanje mogućnosti da se reverzije mogu povezati sa izumiranjima . Većina takvih prijedloga počiva na pretpostavci da bi Zemljino magnetsko polje bilo mnogo slabije tokom preokreta. Možda je prva takva hipoteza bila da se visokoenergetske čestice zarobljene u Van Allenov zračni pojas mogu osloboditi i bombardirati Zemlju.^{[10][11][12][13][14][15][16]}

Detaljni izračuni potvrđuju da ako bi Zemljino dipolno polje potpuno nestalo (napuštajući četveropol i više komponente), veći dio atmosfere postao bi dostupan česticama visoke energije, ali bi djelovao kao prepreka za njih, sudara kozmičkih zraka bi dovodili do sekundarnog zračenja berilija-10 ili hlora-36. Istraživanje ledenog jezga iz Grenlanda iz 2012. pokazalo je vrhunac berilija-10 tokom kratke potpune reverzije prije 41.000 godina, što je dovelo do smanjenja jačine magnetskog polja na procijenjenih 5% od normalne vrijednosti tokom preokreta.

Tvrde da je atmosferu na Marsu možda razorio solarni vjetar, jer nije imao magnetno polje da ga zaštiti. Predviđaju da će se ioni ukloniti iz Zemljine atmosfere iznad 100 km. Međutim, mjerenja paleointenziteta pokazuju da magnetsko polje nije nestajalo tokom preokreta. Na osnovu podataka o paleointenzitetu u posljednjih 800.000 godina, još se procenjuje da li je magnetopauza bila na oko tri radijusa Zemlje tokom reverzije Brunhes-Matuyama. Čak i ako je unutrašnje magnetno polje nestalo, solarni vjetar može izazvati magnetno polje u Zemljinoj ionosferi, dovoljno za zaštitu površine od energetskih čestica.

Hipoteze su takođe napredovale prema povezivanju preokreta sa masovnim izumiranjem. Mnogi takvi argumenti utemeljeni su na očiglednoj periodičnosti stopa preokreta, ali pažljivije analize pokazuju da zapis o izumiranju nije periodičan. Može, međutim, da su krajevi superhrona uzrokovali snažnu konvekciju, što je dovelo do širokoih pojava vulkanskih aktivnosti i da je naknadni zračni pepeo uzrokovao izumiranje.

Testovi korelacija između izumiranja i preokreta teško su izvodivi iz više razloga. Ostaci većih životinja previše su oskudni za dobru statistiku, pa su paleontolozi analizirali izumiranje mikrofosila. Čak i podaci o mikrofosilima mogu biti nepouzdani ako u njihovim nizovima postoje praznine. Može se činiti da izumiranje nastaje na kraju intervala polarnosti, kada je ostatak tog intervala jednostavno izbrisan. Statistička analiza ne pruža dokaze o povezanosti između preokreta i izumiranja.^[17]

Također pogledajte

• Geohronologija
• Geomagnetizam
• Paleomagnetizam

Reference

1. Johnson, Scott K. (11. 8. 2019). "The last magnetic pole flip saw 22,000 years of weirdness – When the Earth's magnetic poles trade places, they take a while to get sorted". Ars Technica. Pristupljeno 11. 8. 2019.
2. Clement, Bradford M. (2004). "Dependence of the duration of geomagnetic polarity reversals on site latitude". Nature (jezik: engleski). 428 (6983): 637–640. Bibcode:2004Natur.428..637C. doi:10.1038/nature02459. ISSN 0028-0836. PMID 15071591.
3. Nowaczyk, N.R.; Arz, H.W.; Frank, U.; Kind, J.; Plessen, B. (2012). "Dynamics of the Laschamp geomagnetic excursion from Black Sea sediments". Earth and Planetary Science Letters (jezik: engleski). 351–352: 54–69. Bibcode:2012E&PSL.351...54N. doi:10.1016/j.epsl.2012.06.050.
4. Morley, Lawrence W.; A. Larochelle (1964). "Paleomagnetism as a means of dating geological events". Geochronology in Canada. Special. Royal Society of Canada. Publication 8: 39–50.
5. Cande, S. C.; Kent, D. V. (1995). "Revised calibration of the geomagnetic polarity timescale for the late Cretaceous and Cenozoic". Journal of Geophysical Research. 100 (B4): 6093–6095. Bibcode:1995JGR...100.6093C. doi:10.1029/94JB03098.
6. "Geomagnetic Polarity Timescale". Ocean Bottom Magnetometry Laboratory. Woods Hole Oceanographic Institution. Arhivirano s originala, 9. 8. 2016. Pristupljeno 23. 3. 2011.
7. Dumé, Belle (21. 3. 2006). "Geomagnetic flip may not be random after all". physicsworld.com. Pristupljeno 27. 12. 2009.
8. Carbone, V.; Sorriso-Valvo, L.; Vecchio, A.; Lepreti, F.; Veltri, P.; Harabaglia, P.; Guerra, I. (2006). "Clustering of Polarity Reversals of the Geomagnetic Field". Physical Review Letters. 96 (12): 128501. arXiv:physics/0603086. Bibcode:2006PhRvL..96l8501C. doi:10.1103/PhysRevLett.96.128501. PMID 16605965.
9. Gaffin, S. (1989). "Analysis of scaling in the geomagnetic polarity reversal record". Physics of the Earth and Planetary Interiors. 57 (3–4): 284–289. Bibcode:1989PEPI...57..284G. doi:10.1016/0031-9201(89)90117-9.
10. Glassmeier, Karl-Heinz; Vogt, Joachim (29. 5. 2010). "Magnetic Polarity Transitions and Biospheric Effects". Space Science Reviews. 155 (1–4): 387–410. Bibcode:2010SSRv..155..387G. doi:10.1007/s11214-010-9659-6.
11. Uffen, Robert J. (13. 4. 1963). "Influence of the Earth's Core on the Origin and Evolution of Life". Nature. 198 (4876): 143–144. Bibcode:1963Natur.198..143U. doi:10.1038/198143b0.
12. "Ice age polarity reversal was global event: Extremely brief reversal of geomagnetic field, climate variability, and super volcano". Sciencedaily.com. Science Daily. 16. 10. 2012. Pristupljeno 28. 7. 2013.
13. McHargue, L.R; Donahue, D; Damon, P.E; Sonett, C.P; Biddulph, D; Burr, G (1. 10. 2000). "Geomagnetic modulation of the late Pleistocene cosmic-ray flux as determined by 10Be from Blake Outer Ridge marine sediments". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 172 (1–4): 555–561. Bibcode:2000NIMPB.172..555M. doi:10.1016/S0168-583X(00)00092-6.
14. Baumgartner, S. (27. 2. 1998). "Geomagnetic Modulation of the 36Cl Flux in the GRIP Ice Core, Greenland". Science. 279 (5355): 1330–1332. Bibcode:1998Sci...279.1330B. doi:10.1126/science.279.5355.1330. PMID 9478888.
15. Raisbeck, G. M.; Yiou, F.; Bourles, D.; Kent, D. V. (23. 5. 1985). "Evidence for an increase in cosmogenic 10Be during a geomagnetic reversal". Nature. 315 (6017): 315–317. Bibcode:1985Natur.315..315R. doi:10.1038/315315a0.
16. Raisbeck, G. M.; Yiou, F.; Cattani, O.; Jouzel, J. (2. 11. 2006). "10Be evidence for the Matuyama–Brunhes geomagnetic reversal in the EPICA Dome C ice core". Nature. 444 (7115): 82–84. Bibcode:2006Natur.444...82R. doi:10.1038/nature05266. PMID 17080088.
17. Plotnick, Roy E. (1. 1. 1980). "Relationship between biological extinctions and geomagnetic reversals". Geology. 8 (12): 578. Bibcode:1980Geo.....8..578P. doi:10.1130/0091-7613(1980)8<578:RBBEAG>2.0.CO;2.

Dopunska literatura

• Barry, Patrick (11. 5. 2006). "Ships' logs give clues to Earth's magnetic decline". New Scientist. Pristupljeno 8. 1. 2019.
• Hoffman, Kenneth A. (18. 7. 1995). "How Are Geomagnetic Reversals Related to Field Intensity?". EOS. 76: 289. doi:10.1029/95EO00172. Arhivirano s originala, 16. 3. 2009.
• Jacobs, J. A. (1994). Reversals of the Earth's magnetic field (2nd izd.). Cambridge University Press. ISBN 978-0521450720.
• Ogg, J. G. (2012). "Geomagnetic polarity time scale". u Gradstein, F. M.; Ogg, J. G.; Schmitz, Mark; Ogg, Gabi (ured.). The geologic time scale 2012. Volume 2 (1st izd.). Elsevier. str. 85–114. ISBN 978-0444594259.
• Okada, Makoto; Niitsuma, Nobuaki (juli 1989). "Detailed paleomagnetic records during the Brunhes-Matuyama geomagnetic reversal, and a direct determination of depth lag for magnetization in marine sediments". Physics of the Earth and Planetary Interiors. 56 (1–2): 133–150. Bibcode:1989PEPI...56..133O. doi:10.1016/0031-9201(89)90043-5.
• Opdyke, Neil D. (1996). Magnetic stratigraphy. Academic Press. ISBN 978-0080535722.
• "Look down, look up, look out!". The Economist. 10. 5. 2007. Pristupljeno 8. 1. 2019.

Vanjski linkovi

• [https://web.archive.org/web/20191220095728/http://www.physics.org/facts/frog-magnetic-field.asp Arhivirano 20. 12. 2019. na Wayback Machine physics.org , pristupljeno 8. januara 2019.]