Những gì phía bắc từ tính sẽ trở thành từ nam. Là Trái đất hướng đến một đảo ngược cực? Một cái nhìn vào hồ sơ khảo cổ ở miền nam châu Phi cung cấp manh mối.
Hình ảnh qua NASA.
Bởi John Tarduno, Đại học Rochester và Vincent Hare, Đại học Rochester
Trái đất bị che phủ bởi một từ trường. Nó có nghĩa là những gì làm cho la bàn hướng về phía bắc và bảo vệ bầu khí quyển của chúng ta khỏi sự bắn phá liên tục từ không gian bằng các hạt tích điện như proton. Nếu không có từ trường, bầu khí quyển của chúng ta sẽ dần bị tước đi bởi bức xạ có hại và cuộc sống gần như chắc chắn sẽ không tồn tại như ngày nay.
Bạn có thể tưởng tượng từ trường là một khía cạnh vô tận, vô tận của sự sống trên Trái đất và ở một mức độ nào đó bạn sẽ đúng. Nhưng từ trường Earth Trái đất thực sự thay đổi. Mỗi lần như vậy - theo thứ tự vài trăm nghìn năm hoặc lâu hơn - từ trường đã bị lật. Bắc đã chỉ về phía nam, và ngược lại. Và khi trường lật, nó cũng có xu hướng trở nên rất yếu.
Ở bên trái, từ trường Trái đất mà chúng tôi sử dụng. Ở bên phải, một mô hình của từ trường có thể giống như thế nào trong quá trình đảo ngược. Hình ảnh qua NASA / Gary Glazmaier
Những gì hiện tại có các nhà địa vật lý như chúng ta abuzz là nhận ra rằng sức mạnh của từ trường Trái đất đã giảm trong 160 năm qua với tốc độ đáng báo động. Sự sụp đổ này tập trung ở một vùng đất rộng lớn ở Nam bán cầu, kéo dài từ Zimbabwe đến Chile, được gọi là Nam Đại Tây Dương. Cường độ từ trường yếu đến mức nó gây nguy hiểm cho các vệ tinh quay quanh khu vực - trường không còn bảo vệ chúng khỏi bức xạ gây nhiễu điện tử vệ tinh.
Và lĩnh vực này đang tiếp tục phát triển yếu hơn, có khả năng chuyển các sự kiện thậm chí còn kịch tính hơn, bao gồm cả sự đảo ngược toàn cầu của các cực từ. Một thay đổi lớn như vậy sẽ ảnh hưởng đến hệ thống định vị của chúng tôi, cũng như việc truyền tải điện. Cảnh tượng của đèn phía bắc có thể xuất hiện ở các vĩ độ khác nhau. Và bởi vì nhiều bức xạ sẽ chiếu tới bề mặt Trái đất dưới cường độ trường rất thấp trong quá trình đảo ngược toàn cầu, nó cũng có thể ảnh hưởng đến tỷ lệ ung thư.
Chúng tôi vẫn không hoàn toàn hiểu được mức độ của những hiệu ứng này, thêm vào sự khẩn cấp cho cuộc điều tra của chúng tôi. Chúng tôi đã chuyển sang một số nguồn dữ liệu có thể bất ngờ, bao gồm các hồ sơ khảo cổ học châu Phi 700 năm tuổi, để giải quyết nó.
Genesis của trường địa từ
Hình ảnh cutaway của nội thất Earth Trái đất. Hình ảnh qua Kelvinsong
Từ trường Earth Trái đất được tạo ra bằng cách đối lưu sắt trong lõi ngoài lỏng của hành tinh của chúng ta. Từ sự giàu có của dữ liệu quan sát và vệ tinh ghi lại từ trường của thời gian gần đây, chúng ta có thể mô hình hóa trường sẽ trông như thế nào nếu chúng ta có một la bàn ngay phía trên lõi sắt lỏng xoáy Trái đất.
Những phân tích này cho thấy một đặc điểm đáng kinh ngạc: Có một bản vá phân cực đảo ngược bên dưới miền nam châu Phi tại ranh giới lớp phủ lõi, nơi lõi ngoài bằng sắt lỏng gặp phần hơi cứng hơn của phần bên trong Trái đất. Trong khu vực này, cực tính của trường ngược lại với từ trường toàn cầu trung bình. Nếu chúng ta có thể sử dụng một la bàn sâu dưới miền nam châu Phi, chúng ta sẽ thấy rằng trong bản vá bất thường này, phía bắc thực sự chỉ về phía nam.
Bản vá này là thủ phạm chính tạo ra dị thường Nam Đại Tây Dương. Trong các mô phỏng số, các bản vá bất thường tương tự như bên dưới miền nam châu Phi xuất hiện ngay trước khi đảo ngược địa từ.
Các cực đã đảo ngược thường xuyên trong lịch sử của hành tinh, nhưng sự đảo ngược cuối cùng là trong quá khứ xa xôi, khoảng 780.000 năm trước. Sự phân rã nhanh chóng của từ trường gần đây và mô hình phân rã của nó, tự nhiên đặt ra câu hỏi về những gì đã xảy ra trước 160 năm qua.
Khảo cổ học đưa chúng ta quay ngược thời gian
Trong các nghiên cứu khảo cổ học, các nhà địa vật lý cùng với các nhà khảo cổ học tìm hiểu về từ trường trong quá khứ. Ví dụ, đất sét được sử dụng để làm đồ gốm có chứa một lượng nhỏ khoáng chất từ tính, chẳng hạn như từ tính. Khi đất sét được nung nóng để làm nồi, các khoáng chất từ tính của nó sẽ mất bất kỳ từ tính nào mà chúng có thể đã giữ. Khi làm mát, các khoáng chất từ tính ghi lại hướng và cường độ của từ trường tại thời điểm đó. Nếu người ta có thể xác định tuổi của chiếc bình, hoặc địa điểm khảo cổ mà nó đến (ví dụ sử dụng carbon phóng xạ), thì có thể phục hồi lịch sử khảo cổ học.
Sử dụng loại dữ liệu này, chúng tôi có một phần lịch sử khảo cổ học cho Bắc bán cầu. Ngược lại, hồ sơ khảo cổ Nam bán cầu là rất ít. Đặc biệt, hầu như không có dữ liệu từ miền nam châu Phi - và khu vực đó, cùng với Nam Mỹ, có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc nhất về lịch sử của miếng vá lõi đảo ngược tạo ra ngày hôm nay South Southomomom.
Nhưng tổ tiên của người Nam Phi ngày nay, những người luyện kim và nông dân nói tiếng Bantu, những người bắt đầu di cư vào khu vực từ 2.000 đến 1.500 năm trước, đã vô tình để lại cho chúng ta một số manh mối. Những người thời đại đồ sắt này sống trong những túp lều được xây dựng bằng đất sét và cất giữ hạt của họ trong các thùng đất sét cứng. Là những nhà nông học đầu tiên của thời đại đồ sắt ở miền nam châu Phi, họ phụ thuộc rất nhiều vào lượng mưa.
Thùng đựng hạt của phong cách được sử dụng từ nhiều thế kỷ trước. Hình ảnh qua John Tarduno
Các cộng đồng thường phản ứng với thời kỳ hạn hán bằng các nghi thức tẩy rửa có liên quan đến việc đốt các vựa bùn. Chuỗi sự kiện có phần bi thảm này đối với những người này cuối cùng đã mang lại lợi ích cho hàng trăm năm sau cho khảo cổ học. Cũng giống như trong trường hợp bắn và làm mát nồi, đất sét trong các cấu trúc này đã ghi lại từ trường Trái đất khi chúng nguội. Bởi vì sàn của những túp lều và thùng đựng hạt cổ xưa này đôi khi có thể được tìm thấy nguyên vẹn, chúng tôi có thể lấy mẫu chúng để có được một bản ghi về cả hướng và sức mạnh của từ trường đương đại của chúng. Mỗi tầng là một đài quan sát từ tính nhỏ, với la bàn bị đóng băng kịp thời ngay sau khi đốt cháy.
Với các đồng nghiệp của chúng tôi, chúng tôi đã tập trung lấy mẫu của chúng tôi trên các địa điểm làng thời đồ sắt nằm trên Thung lũng sông Limpopo, giáp với ngày nay bởi Zimbabwe ở phía bắc, Botswana ở phía tây và Nam Phi ở phía nam.
Chuyện gì xảy ra ở sâu bên trong Trái đất, bên dưới Hình ảnh Thung lũng sông Limpopo qua John Tarduno
Từ trường trong từ thông
Lấy mẫu tại các địa điểm Thung lũng sông Limpopo đã mang lại lịch sử khảo cổ học đầu tiên cho miền nam châu Phi giữa năm 1000 và 1600. Những gì chúng tôi tìm thấy cho thấy một thời kỳ trong quá khứ, gần A.D. 1300, khi cánh đồng ở khu vực đó đang giảm nhanh như ngày nay. Sau đó cường độ tăng lên, mặc dù với tốc độ chậm hơn nhiều.
Sự xuất hiện của hai khoảng thời gian phân rã trường nhanh - một 700 năm trước và một ngày hôm nay - cho thấy một hiện tượng tái phát. Có thể các bản vá thông lượng đảo ngược hiện nay dưới Nam Phi đã xảy ra thường xuyên, ngược thời gian hơn so với hồ sơ của chúng tôi đã cho thấy? Nếu vậy, tại sao nó lại xảy ra ở vị trí này?
Trong thập kỷ qua, các nhà nghiên cứu đã tích lũy hình ảnh từ các phân tích về trận động đất sóng địa chấn. Khi sóng địa chấn di chuyển qua các lớp Earth Earth, tốc độ chúng di chuyển là một dấu hiệu cho thấy mật độ của lớp. Bây giờ chúng ta biết rằng một khu vực rộng lớn của sóng địa chấn chậm đặc trưng cho ranh giới lớp phủ lõi bên dưới miền nam châu Phi.
Vị trí của dị thường Nam Đại Tây Dương. Hình ảnh qua Michael Osadicw / John Tarduno
Khu vực đặc biệt này bên dưới miền nam châu Phi có tiêu đề hơi dài dòng của tỉnh vận tốc cắt thấp lớn châu Phi. Trong khi nhiều người nhăn nhó với cái tên mô tả nhưng giàu biệt ngữ, đó là một đặc điểm sâu sắc phải có hàng chục triệu năm tuổi. Trong khi hàng ngàn km xuyên qua, ranh giới của nó là sắc nét. Điều thú vị là bản vá thông lượng lõi đảo ngược gần như trùng khớp với rìa phía đông của nó.
Thực tế là bản vá lõi đảo ngược ngày nay và rìa của tỉnh Vận tốc cắt thấp lớn châu Phi rất gần gũi khiến chúng ta phải suy nghĩ. Chúng tôi đã đưa ra một mô hình liên kết hai hiện tượng. Chúng tôi đề nghị rằng lớp phủ châu Phi khác thường làm thay đổi dòng chảy của sắt ở lõi bên dưới, từ đó thay đổi cách thức hoạt động của từ trường ở rìa của địa chấn và dẫn đến các mảng thông lượng đảo ngược.
Chúng tôi suy đoán rằng các bản vá lõi đảo ngược này phát triển nhanh chóng và sau đó suy yếu chậm hơn. Đôi khi, một miếng vá có thể phát triển đủ lớn để thống trị từ trường của Nam bán cầu - và các cực đảo ngược.
Ý tưởng thông thường về sự đảo ngược là chúng có thể bắt đầu ở bất cứ đâu trong lõi. Mô hình khái niệm của chúng tôi cho thấy có thể có những vị trí đặc biệt ở ranh giới lõi-lớp phủ thúc đẩy sự đảo ngược. Chúng tôi chưa biết liệu lĩnh vực hiện tại sẽ đảo ngược trong vài nghìn năm tới, hay đơn giản là tiếp tục suy yếu trong vài thế kỷ tiếp theo.
Nhưng những manh mối được cung cấp bởi tổ tiên của người Nam Phi hiện đại chắc chắn sẽ giúp chúng ta phát triển hơn nữa cơ chế đề xuất của chúng ta để đảo ngược. Nếu đúng, đảo ngược cực có thể là Ra khỏi Châu Phi.
John Tarduno, Giáo sư Địa vật lý, Đại học Rochester và Vincent Hare, Phó tiến sĩ về Khoa học Trái đất và Môi trường, Đại học Rochester
Bài viết này ban đầu được xuất bản trên The Convers. Đọc bài viết gốc.