[Перевод] 41 000 лет назад земной щит внезапно исчез17.05.2024 21:45

Магнитное поле Земли

Земля осталась без своего защитного барьера. Магнитный щит планеты окружает Землю и укрывает её от естественного натиска космических лучей. Но иногда щит ослабевает и колеблется, позволяя космическим лучам проникать в атмосферу, создавая ливень частиц, которые, по мнению учёных, могут нанести вред биосфере.

Такое происходило много раз в истории нашей планеты, в том числе 41 000 лет назад во время палеомагнитного экскурса Лашамп-Каргаполово.

Космические лучи — это высокоэнергетические частицы, обычно протоны или атомные ядра, которые летят через космос с релятивистскими скоростями. Обычно магнитный щит Земли отклоняют их, после чего они удаляются от планеты, улетая в космос. Но щит — это природное явление, и его сила меняется, как и его ориентация. Иногда из-за этого космические лучи попадают в атмосферу Земли.

В результате образуется поток вторичных частиц, называемых космогенными радионуклидами. Эти изотопы попадают в осадочные породы, ледяные керны и даже в структуру живых существ, например деревьев. Существуют различные типы этих изотопов, в том числе такие, как кальций 41 и углерод 14.

Ливни высокоэнергетических частиц возникают, когда энергичные космические лучи ударяют в верхнюю часть земной атмосферы.

Некоторые изотопы стабильны, а некоторые радиоактивны. Период полураспада радиоактивных изотопов варьируется от 20 минут (углерод 11) до 15,7 миллиона лет (ксенон 129).

Когда щит Земли ослабевает, всё больше этих изотопов достигает поверхности планеты и накапливается в осадочных породах и льду. Изучая эти керны и отложения, учёные могут определить историю магнитного щита. Их наблюдения показывают, что 41 000 лет назад Земля пережила геомагнитный экскурс или разворот магнитного поля. Его назвали Лашамским экскурсом в честь лавовых потоков Лашам во Франции, где геомагнитные аномалии помогли выявить его возникновение.

Каждые несколько сотен тысяч лет магнитные полюса Земли меняются местами. Северный становится южным и наоборот. Между этими крупными событиями происходят более мелкие, называемые экскурсами. Во время экскурсий полюса на некоторое время смещаются, не меняясь местами. Экскурсы ослабляют земной щит и могут длиться от нескольких тысяч до десятков тысяч лет. Когда это происходит, в атмосферу попадает больше космических лучей, создающих больше радионуклидов, которые обрушиваются на Землю.

При палеомагнитных исследованиях учёные часто обращают внимание на один конкретный радиоактивный изотоп. Бериллий-10 имеет относительно долгий период полураспада — 1,36 миллиона лет — и имеет тенденцию накапливаться на поверхности почвы.

Саня Пановска — научный сотрудник GFZ Потсдам, Германия, изучает геомагнетизм. На недавней Генеральной ассамблее 2024 Европейского союза геонаук (EGU) Пановска представила новое исследование Лашамской экскурсии. Она обнаружила, что во время Лашамского экскурса производство Be 10 было в два раза выше, чем обычно.

Чтобы лучше понять Лашамский экскурс, Пановская объединила космогенные радионуклидные и палеомагнитные данные для реконструкции магнитного поля Земли в то время. Она обнаружила, что при уменьшении силы поля оно также уменьшалось. Переход от нормального поля к перевёрнутому занял около 250 лет, а в перевёрнутом состоянии оно оставалось примерно 440 лет. Во время перехода мощность земного щита уменьшилась до 5% от своей обычной силы. Когда поле было полностью перевёрнуто, его прочность составляла около 25% от обычной. Это ослабление позволило большему количеству Be 10 и других космогенных радионуклидов достичь поверхности Земли.

На каждой карте показана интенсивность геомагнитного поля Земли в разные моменты времени в соответствии с реконструкциями Пановской, которые ограничены как палеомагнитными данными, так и записями радионуклидов космогенного бериллия-10. DM означает дипольный момент, который является мерой полярности поля или разделения на положительные и отрицательные. Возраст [ka BP] — возраст, измеряемый в тысячах лет до настоящего времени.

Эти радионуклиды не просто накапливаются в отложениях и льду. Некоторые из них радиоактивны. Ослабление щита также привело к ослаблению озонового слоя, что позволило большему количеству ультрафиолетового излучения достигать поверхности Земли. Высотная атмосфера также охладилась, что изменило потоки ветра. Это могло привести к резким изменениям на поверхности Земли.

По этим причинам событие в Лашампе связывают с вымиранием неандертальцев, исчезновением австралийской мегафауны и даже с появлением наскальных рисунков. Эти связи не выдержали научной проверки, но это не значит, что события, подобные Лашамскому, не опасны. Если бы оно произошло сейчас, то вывело бы из строя наши энергосистемы. Экваториальная область Земли озарилась бы аврорами.

«Понимание этих экстремальных событий важно для их возникновения в будущем, прогнозирования космического климата и оценки последствий для окружающей среды и системы Земли», — говорит Пановска.

Учёные узнают о том, что магнитный щит не статичен. Он подвержен аномалиям. Одна из них — Южно-Атлантическая аномалия, регион, где магнитное поле наиболее слабое вблизи Земли. Когда спутники проходят над этим регионом, они подвергаются повышенному уровню ионизирующего излучения. Причиной аномалии, скорее всего, является пласт плотной породы внутри Земли, что наглядно демонстрирует, насколько сложен магнитный щит.

Южноатлантическая аномалия

Учёные не уверены в том, какое влияние оказывают космические лучи на жизнь, когда магнитный щит слаб. Заманчиво соотнести вымирания с такими событиями, как Лашамский экскурс, когда они совпадают по времени. Но полюса много раз сдвигались, ослабевали и менялись местами, а жизнь всё ещё здесь и всё ещё процветает.

Если человечество просуществует достаточно долго, мы пройдём через один из таких разворотов. Тогда мы всё и узнаем.