Геомагнитная экскурсия

Геомагнитная экскурсия , как и геомагнитная инверсия , представляет собой значительное изменение магнитного поля Земли . В отличие от разворотов , отклонение не является «постоянной» переориентацией крупномасштабного поля, а скорее представляет собой резкое, обычно ( геологически ) кратковременное изменение напряженности поля с изменением ориентации полюсов до 45 градусов. ° из предыдущего положения. ^[1]

События перемещения обычно длятся всего от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч лет и часто включают снижение напряженности поля до уровня от 0 до 20% от нормального. В отличие от полных разворотов , отклонения обычно не фиксируются по всему земному шару. Это, безусловно, отчасти связано с тем, что они плохо фиксируются в осадочной летописи, но также кажется вероятным, что отклонения обычно не могут распространяться на все глобальное геомагнитное поле. ^[1] Однако есть существенные исключения. ^[а]

возникновение

За исключением недавних периодов геологического прошлого, малоизвестно, как часто происходят геомагнитные отклонения. В отличие от инверсий геомагнитного поля, которые легко обнаружить по изменению направления поля, относительно кратковременные отклонения можно легко не заметить в длительных, грубо разрешенных записях прошлой напряженности геомагнитного поля. Современные данные показывают, что их примерно в десять раз больше, чем разворотов, при этом в течение текущего периода разворота зарегистрировано до 12 отклонений ( разворот Брюнеса-Матуямы) .

Геомагнитные экскурсы геомагнитного хрона Брюнес достаточно хорошо описаны. ^[4]

Сообщается также о геомагнитных экскурсах в хронах Матуяма, Гаусса и Гилберта и предлагаются новые возможные экскурсы для этих хронов на основе анализа кернов глубокого бурения из озера Байкал и их сравнения с океаническими кернами (ODP) и китайскими лессовыми записями. ^[5]

Возможные причины

Научные мнения относительно того, что вызывает геомагнитные экскурсии, разделились. Доминирующая гипотеза состоит в том, что они являются неотъемлемой нестабильностью процессов динамо , генерирующих магнитное поле. ^[3] Другие предполагают, что отклонения происходят, когда магнитное поле меняется только внутри жидкого внешнего ядра внешнее и внутреннее ядро . , а полная инверсия может произойти, когда затронуты одновременно ^[1]

Гипотеза дезорганизованного динамо

Самая популярная гипотеза состоит в том, что они являются неотъемлемым аспектом процессов динамо, поддерживающих магнитное поле Земли. При компьютерном моделировании наблюдается, что линии магнитного поля иногда могут запутываться и дезорганизоваться из-за хаотических движений жидкого металла в ядре Земли. В таких случаях эта спонтанная дезорганизация может вызвать уменьшение магнитного поля, воспринимаемого на поверхности Земли . ^[б]

Этот сценарий подтверждается наблюдаемым запутыванием и спонтанной дезорганизацией солнечного магнитного поля (22- или 11-летний солнечный цикл ). Однако эквивалентный процесс на Солнце неизменно приводит к изменению направления солнечного магнитного поля: никогда не наблюдалось его восстановления без полномасштабного изменения его ориентации.

Гипотеза внешнего ядра и внутреннего ядра оппозиции

Работа Дэвида Габбинса предполагает, что отклонения происходят, когда магнитное поле меняется на противоположное только внутри жидкого внешнего ядра; развороты происходят, когда затрагивается также внутреннее ядро. ^[1] Это хорошо согласуется с наблюдениями за событиями в рамках текущего хрона разворотов, для завершения которых требуется 3000–7000 лет, тогда как отклонения обычно длятся 500–3000 лет. Однако эта временная шкала не справедлива для всех событий, и необходимость отдельной генерации полей оспаривается, поскольку изменения могут спонтанно генерироваться в математических моделях.

Гипотеза внешнего драйвера

Движимый тектоническими плитами

Мнение меньшинства, которого придерживаются такие деятели, как Ричард А. Мюллер , заключается в том, что геомагнитные отклонения не являются спонтанными процессами, а скорее вызваны внешними событиями, которые непосредственно нарушают поток в ядре Земли. Такие процессы могут включать в себя прибытие континентальных плит, унесенных в мантию под действием тектоники плит в зонах субдукции , возникновение новых мантийных плюмов от границы ядро-мантия и, возможно, сдвиговые силы и смещения мантийного ядра, возникающие в результате очень больших воздействие событий . Сторонники этой теории считают, что любое из этих событий приводит к крупномасштабному разрушению динамо-машины, фактически отключая геомагнитное поле на период времени, необходимый для его восстановления. ^{[ нужна ссылка ]}

Существенное космическое воздействие

Ричард А. Мюллер и Дональд Э. Моррис предполагают разворот геомагнитного поля из-за очень сильного удара и последующего быстрого изменения климата . Удар спровоцировал небольшой ледниковый период , а изменение перераспределения воды больше к полюсам меняет скорость вращения земной коры и мантии. Если изменение уровня моря достаточно велико (>10 метров) и быстро (за несколько сотен лет), то сдвиг скоростей в жидком ядре разрушает конвективные ячейки, которые приводят в движение динамо-машину Земли. ^[6]

Эффекты

Из-за ослабления магнитного поля, особенно в переходный период, большее количество радиации сможет достичь Земли , увеличивая производство бериллия 10 и уровень углерода 14 . ^[7] Однако вполне вероятно, что ничего серьезного не произойдет, поскольку человеческий вид наверняка пережил по крайней мере одно такое событие; Homo erectus и, возможно, Homo heidelbergensis пережили инверсию Брюнеса-Матуямы без каких-либо известных вредных последствий, а отклонения длятся недолго и не приводят к необратимым изменениям магнитного поля.

Основная опасность для современного общества, вероятно, будет аналогична опасностям, связанным с геомагнитными бурями , когда спутники и источники питания могут быть повреждены, хотя навигация по компасу также будет затронута. Некоторые формы жизни, которые, как считается, ориентируются с помощью магнитных полей, могут быть уничтожены, но опять же предполагается, что эти виды пережили путешествия в прошлом.Поскольку периоды экскурсий не всегда глобальны, любой эффект вполне может ощущаться только в определенных местах, а другие остаются относительно незатронутыми. Временной период может составлять как столетие, так и целых 10 000 лет.

Связь с климатом

Есть данные, что геомагнитные экскурсии связаны с эпизодами быстрого кратковременного похолодания климата в периоды континентального оледенения ( ледниковые периоды ). ^[8]

Недавний анализ частоты геомагнитного инверсии, записи изотопов кислорода и скорости субдукции тектонических плит, которые являются индикаторами изменений теплового потока на границе ядра мантии, климата и тектонической активности плит, показывает, что все эти изменения указывают на схожие ритмы на миллионах летней шкале кайнозойской эры, происходящей с общей фундаментальной периодичностью ~13 млн лет в течение большей части времени. ^[9]

См. также

Примечания

^ Одной из первых изученных экскурсий было событие Лашампа , датированное примерно 40 000 лет назад. Хотя считается, что многие отклонения влияют только на часть земного шара, событие Лашампа на самом деле длилось несколько сотен лет, когда магнитные полюса полностью поменялись местами; более поздние открытия показали, что перевернутое поле составляло всего 5% от его «нормальной» силы. ^[2]Поскольку событие Лашампа также наблюдалось в различных местах по всей Земле, его можно рассматривать как один из немногих примеров действительно глобального путешествия. ^[3]
^ В сценарии «дезорганизованного динамо» интенсивность внутреннего магнитного поля Земли существенно не меняется внутри самого ядра, а, скорее, ее энергия передается из обычной дипольной конфигурации в мультипольные конфигурации более высокого порядка . Поле, внешнее по отношению к мультиполю, затухает быстрее по мере удаления от источника – в данном случае от ядра Земли. Магнитное поле, выраженное тогда на поверхности Земли, было бы значительно менее интенсивным, даже без значительных изменений в напряженности его поля глубоко в ядре.

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Габбинс, Дэвид (1999). «Различие между геомагнитными экскурсиями и инверсиями» . Международный геофизический журнал . 137 (1): Ф1–Ф4. Бибкод : 1999GeoJI.137....1C . дои : 10.1046/j.1365-246X.1999.00810.x .
^ «Смена полярности ледникового периода была глобальным событием: чрезвычайно кратковременная смена геомагнитного поля, изменчивость климата и супервулкан» . Sciencedaily.com . Наука Дейли . 16 октября 2012 г. Проверено 28 июля 2013 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Роперч, П.; Бономмет, Н.; Леви, С. (1988). «Палеонапряженность магнитного поля Земли во время экскурсии Лашампа и ее геомагнитные последствия» . Письма о Земле и планетологии . 88 (1–2): 209–219. Бибкод : 1988E&PSL..88..209R . дои : 10.1016/0012-821X(88)90058-1 .
^ Робертс, AP (2008). «Геомагнитные экскурсии: известное и неизвестное» . Письма о геофизических исследованиях . 35 (17). Бибкод : 2008GeoRL..3517307R . дои : 10.1029/2008GL034719 .
^ Кравчинский, В.А. (2017). «Магнитостратиграфия отложений озера Байкал: уникальная запись непрерывного осадконакопления в континентальной среде за 8,4 млн лет». Глобальные и планетарные изменения . 152 : 209–226. Бибкод : 2017GPC...152..209K . дои : 10.1016/j.gloplacha.2017.04.002 .
^ Мюллер, Ричард А .; Моррис, Дональд Э. (ноябрь 1986 г.). «Геомагнитные инверсии от ударов о Землю» . Письма о геофизических исследованиях . 13 (1): 1177–1180. Бибкод : 1986GeoRL..13.1177M . дои : 10.1029/gl013i011p01177 .
^ Ассоциация немецких исследовательских центров имени Гельмгольца (16 октября 2012 г.). «Чрезвычайно кратковременное изменение геомагнитного поля, изменчивость климата и супервулкан» . Проверено 2 ноября 2014 г.
^ Рампино, Майкл Р. (1979). «Возможные связи между изменениями глобального объема льда, геомагнитными отклонениями и эксцентриситетом орбиты Земли». Геология . 7 (12): 584–587. Бибкод : 1979Geo.....7..584R . doi : 10.1130/0091-7613(1979)7<584:PRBCIG>2.0.CO;2 .
^ Чен, Дж.; Кравчинский В.А.; Лю, X. (2015). «Кайнозойский пульс Земли 13 миллионов лет». Письма о Земле и планетологии . 431 : 256–263. Бибкод : 2015E&PSL.431..256C . дои : 10.1016/j.epsl.2015.09.033 .

Внешние ссылки

Вале, Жан-Пьер; Валладас, Элен (2010). «Геомагнитные события на озере Лашамп-Моно и вымирание неандертальцев: причинно-следственная связь или совпадение?» . Четвертичные научные обзоры . 29 (27–28): 3887–3893. Бибкод : 2010QSRv...29.3887V . doi : 10.1016/j.quascirev.2010.09.010 .
Лаж, К.; Чаннел, JET (27 сентября 2007 г.). «5.10 Геомагнитные экскурсии» (PDF) . Шуберт, Джеральд (ред.). Трактат по геофизике . Том. 5 Геомагнетизм (1-е изд.). Эльзевир Наука. стр. 373–416. ISBN 978-0-444-51928-3 . Получено 18 февраля 2021 г. - через elsevier.com.

[4] Одной из первых изученных экскурсий было событие Лашампа , датированное примерно 40 000 лет назад. Хотя считается, что многие отклонения влияют только на часть земного шара, событие Лашампа на самом деле длилось несколько сотен лет, когда магнитные полюса полностью поменялись местами; более поздние открытия показали, что перевернутое поле составляло всего 5% от его «нормальной» силы. ^[2]Поскольку событие Лашампа также наблюдалось в различных местах по всей Земле, его можно рассматривать как один из немногих примеров действительно глобального путешествия. ^[3]

[7] В сценарии «дезорганизованного динамо» интенсивность внутреннего магнитного поля Земли существенно не меняется внутри самого ядра, а, скорее, ее энергия передается из обычной дипольной конфигурации в мультипольные конфигурации более высокого порядка . Поле, внешнее по отношению к мультиполю, затухает быстрее по мере удаления от источника – в данном случае от ядра Земли. Магнитное поле, выраженное тогда на поверхности Земли, было бы значительно менее интенсивным, даже без значительных изменений в напряженности его поля глубоко в ядре.

[Gubbins-1999-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Габбинс, Дэвид (1999). «Различие между геомагнитными экскурсиями и инверсиями» . Международный геофизический журнал . 137 (1): Ф1–Ф4. Бибкод : 1999GeoJI.137....1C . дои : 10.1046/j.1365-246X.1999.00810.x .

[sciencedaily.com-2] «Смена полярности ледникового периода была глобальным событием: чрезвычайно кратковременная смена геомагнитного поля, изменчивость климата и супервулкан» . Sciencedaily.com . Наука Дейли . 16 октября 2012 г. Проверено 28 июля 2013 г.

[Roperch-etal-1988-3] Перейти обратно: ^а ^б Роперч, П.; Бономмет, Н.; Леви, С. (1988). «Палеонапряженность магнитного поля Земли во время экскурсии Лашампа и ее геомагнитные последствия» . Письма о Земле и планетологии . 88 (1–2): 209–219. Бибкод : 1988E&PSL..88..209R . дои : 10.1016/0012-821X(88)90058-1 .

[5] Робертс, AP (2008). «Геомагнитные экскурсии: известное и неизвестное» . Письма о геофизических исследованиях . 35 (17). Бибкод : 2008GeoRL..3517307R . дои : 10.1029/2008GL034719 .

[6] Кравчинский, В.А. (2017). «Магнитостратиграфия отложений озера Байкал: уникальная запись непрерывного осадконакопления в континентальной среде за 8,4 млн лет». Глобальные и планетарные изменения . 152 : 209–226. Бибкод : 2017GPC...152..209K . дои : 10.1016/j.gloplacha.2017.04.002 .

[8] Мюллер, Ричард А .; Моррис, Дональд Э. (ноябрь 1986 г.). «Геомагнитные инверсии от ударов о Землю» . Письма о геофизических исследованиях . 13 (1): 1177–1180. Бибкод : 1986GeoRL..13.1177M . дои : 10.1029/gl013i011p01177 .

[9] Ассоциация немецких исследовательских центров имени Гельмгольца (16 октября 2012 г.). «Чрезвычайно кратковременное изменение геомагнитного поля, изменчивость климата и супервулкан» . Проверено 2 ноября 2014 г.

[10] Рампино, Майкл Р. (1979). «Возможные связи между изменениями глобального объема льда, геомагнитными отклонениями и эксцентриситетом орбиты Земли». Геология . 7 (12): 584–587. Бибкод : 1979Geo.....7..584R . doi : 10.1130/0091-7613(1979)7<584:PRBCIG>2.0.CO;2 .

[11] Чен, Дж.; Кравчинский В.А.; Лю, X. (2015). «Кайнозойский пульс Земли 13 миллионов лет». Письма о Земле и планетологии . 431 : 256–263. Бибкод : 2015E&PSL.431..256C . дои : 10.1016/j.epsl.2015.09.033 .

[1]

[а]

[4]

[5]

[3]

[б]

[6]

[7]

[8]

[9]

[2]