Το μαγνητικό πεδίο της Γης θεωρείται μια σταθερή «ασπίδα» για τον πλανήτη μας, όμως τα γεωλογικά αρχεία αποκαλύπτουν ένα πολύ πιο δυναμικό και μεταβλητό σύστημα.
Βαθιά κάτω από τον πυθμένα του ωκεανού, αρχαία ιζήματα υποδηλώνουν ότι το μαγνητικό πεδίο της Γης μεταβαλλόταν μερικές φορές πολύ πιο αργά από το αναμενόμενο. Βαθιά κάτω από τα πόδια μας, ένας ανήσυχος ωκεανός λιωμένου μετάλλου βοηθά στη διατήρηση της ζωής στη Γη.
Το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη σχηματίζεται καθώς υγρός σίδηρος και νικέλιο κυκλοφορούν στον εξωτερικό πυρήνα, παράγοντας ηλεκτρικά ρεύματα που δημιουργούν μια παγκόσμια μαγνητική ασπίδα.
Αυτή η ασπίδα είναι ισχυρή, αλλά δεν παραμένει μόνιμα στη θέση της.
Κατά διαστήματα, ο βόρειος και νότιος μαγνητικός πόλος της Γης ανταλλάσσουν θέσεις σε γεγονότα που ονομάζονται γεωμαγνητικές αναστροφές. Η ιστορία αυτών των αναστροφών καταγράφεται στα ίδια τα στρώματα του πλανήτη.
Καθώς τα ιζήματα κατακάθονται στον πυθμένα της θάλασσας και τα πετρώματα ψύχονται, μικροσκοπικά μαγνητικά ορυκτά μπορούν να ευθυγραμμιστούν με το πεδίο εκείνης της στιγμής, διατηρώντας ένα «στιγμιότυπο» που οι επιστήμονες μπορούν να διαβάσουν εκατομμύρια χρόνια αργότερα.
Οι αναστροφές αυτές δεν συμβαίνουν απότομα.
Συνήθως εξελίσσονται σε διάστημα αρκετών χιλιάδων ετών, καθώς το πεδίο εξασθενεί, γίνεται ασταθές και οι πόλοι μετακινούνται πριν σταθεροποιηθούν ξανά με τον αντίθετο προσανατολισμό.
Κατά τα τελευταία 170 εκατομμύρια χρόνια, οι ερευνητές έχουν καταγράψει περίπου 540 αναστροφές, και πολλές από αυτές θεωρούνταν ότι χρειάζονταν περίπου 10.000 χρόνια για να ολοκληρωθούν.
Μια νέα μελέτη υπό την καθοδήγηση ενός γεωεπιστήμονα από το Πανεπιστήμιο της Γιούτα, σε συνεργασία με ερευνητές από τη Γαλλία και την Ιαπωνία, υποδηλώνει ότι ορισμένες αναστροφές κινήθηκαν με πολύ διαφορετικό ρυθμό.
Η ομάδα εντόπισε παραδείγματα από περίπου 40 εκατομμύρια χρόνια πριν, στα οποία η μετάβαση αυτή διήρκεσε πολύ περισσότερο, φτάνοντας σε ορισμένες περιπτώσεις πάνω από τα 70.000 χρόνια.
Αυτό το διευρυμένο χρονοδιάγραμμα αναδιαμορφώνει τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες αντιλαμβάνονται το μαγνητικό πεδίο που περιβάλλει τη Γη και βοηθά στην παρεμπόδιση της ηλιακής ακτινοβολίας και των επιβλαβών σωματιδίων από το διάστημα.
Πιθανές επιπτώσεις στη ζωή και το κλίμα
Μια παρατεταμένη φάση εξασθένησης θα μπορούσε να έχει σημασία, επειδή το μαγνητικό πεδίο λειτουργεί ως πλανητικό φίλτρο.
Όταν αυτό εξασθενεί, περισσότερα φορτισμένα σωματίδια μπορούν να φτάσουν στην ανώτερη ατμόσφαιρα, μεταβάλλοντας ενδεχομένως τις χημικές αντιδράσεις εκεί και αλλάζοντας τον τρόπο με τον οποίο η ενέργεια κινείται μέσω του κλιματικού συστήματος.
Ορισμένες επιπτώσεις θα μπορούσαν επίσης να επηρεάσουν τη βιόσφαιρα, ιδιαίτερα τα είδη που βασίζονται σε μαγνητικά ερεθίσματα για τον προσανατολισμό τους.
Σύμφωνα με έναν από τους συγγραφείς της μελέτης, τον Peter Lippert, επίκουρο καθηγητή στο Τμήμα Γεωλογίας και Γεωφυσικής του Πανεπιστημίου της Γιούτα, τα μεγάλα διαστήματα μειωμένης γεωμαγνητικής προστασίας πιθανότατα επηρέασαν τη χημεία της ατμόσφαιρας, τις κλιματικές διαδικασίες και την εξέλιξη των ζωντανών οργανισμών.
Το εκπληκτικό με το μαγνητικό πεδίο είναι ότι παρέχει ένα δίχτυ ασφαλείας ενάντια στην ακτινοβολία από το διάστημα, και αυτή η ακτινοβολία έχει παρατηρηθεί -και υποτεθεί- ότι προκαλεί διάφορα φαινόμενα.
«Εάν εισέρχεται περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία στον πλανήτη, αυτό θα αλλάξει την ικανότητα των οργανισμών να πλοηγούνται», δήλωσε ο Lippert, ο οποίος είναι επικεφαλής του Παλαιομαγνητικού Κέντρου της Γιούτα.
«Ουσιαστικά, αυτό σημαίνει ότι εκθέτουμε κυρίως τα υψηλά γεωγραφικά πλάτη, αλλά και ολόκληρο τον πλανήτη, σε μεγαλύτερους ρυθμούς και μεγαλύτερες διάρκειες αυτής της κοσμικής ακτινοβολίας. Επομένως, είναι λογικό να αναμένουμε ότι θα υπάρξουν υψηλότερα ποσοστά γενετικών μεταλλάξεων. Θα μπορούσε επίσης να υπάρξει ατμοσφαιρική διάβρωση».
«Αυτό το εύρημα αποκάλυψε μια εξαιρετικά παρατεταμένη διαδικασία αναστροφής, αμφισβητώντας τη συμβατική κατανόηση και αφήνοντάς μας πραγματικά έκπληκτους», έγραψε ο Yuhji Yamamoto από το Πανεπιστήμιο Kochi της Ιαπωνίας, κύριος συγγραφέας της μελέτης, σε μια περίληψη που αναρτήθηκε από τον εκδοτικό οίκο Springer Nature.
Η έρευνα βασίζεται σε εργασία που πραγματοποίησαν οι Yamamoto και Lippert κατά τη διάρκεια μιας επιστημονικής αποστολής γεώτρησης στον Βόρειο Ατλαντικό το 2012.
Το έργο επικεντρώθηκε στην αναπαράσταση των κλιματικών συνθηκών κατά την Ηώκαινο Εποχή, η οποία διήρκεσε από 56 έως 34 εκατομμύρια χρόνια πριν.
Η δίμηνη αποστολή πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο της «Αποστολής 342» του Ολοκληρωμένου Προγράμματος Ωκεάνιας Γεώτρησης (Integrated Ocean Drilling Program).
Οι ερευνητές πραγματοποίησαν γεωτρήσεις κάτω από τον πυθμένα της θάλασσας, στα ανοικτά των ακτών της Νέας Γης (Newfoundland), ανακτώντας πυρήνες ιζημάτων από βάθη έως και 300 μέτρων.
Αυτές οι στρωματοποιημένες αποθέσεις διατηρούν μια λεπτομερή ιστορία του παρελθόντος της Γης, η οποία σχηματίστηκε αργά κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών.
Διαβάζοντας τον αρχαίο μαγνητισμό της Γης
Ως παλαιομαγνητιστές, η δουλειά του Yamamoto και του Lippert ήταν να «μετρήσουν την κατεύθυνση και την ένταση της μαγνήτισης που διατηρείται σε αυτούς τους πυρήνες», δήλωσε ο Lippert.
«Δεν γνωρίζουμε τι πυροδοτεί μια αναστροφή. Οι μεμονωμένες αναστροφές δεν διαρκούν το ίδιο χρονικό διάστημα, κι έτσι αυτό δημιουργεί έναν μοναδικό ραβδωτό κώδικα (barcode). Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις μαγνητικές κατευθύνσεις που διατηρούνται στα ιζήματα και να τις συσχετίσουμε με τη γεωλογική χρονολογική κλίμακα».
Αυτά τα ιζήματα φέρουν ένα αξιόπιστο μαγνητικό σήμα, «κλειδωμένο» από μικροσκοπικούς κρυστάλλους μαγνητίτη που παρήχθησαν από αρχαίους μικροοργανισμούς, καθώς και από σκόνη και διάβρωση των ηπείρων.
Σαν πυξίδα, η κατεύθυνση προς την οποία δείχνουν, αποκαλύπτει την πολικότητα της Γης τη στιγμή που εναποτέθηκαν τα ιζήματα. Ένα στρώμα πάχους 8 μέτρων εξέπληξε τους επιστήμονες, καθώς φαινόταν να έχει καταγράψει παρατεταμένες γεωμαγνητικές αναστροφές με απίστευτη λεπτομέρεια.
«Ο Yuhji παρατήρησε, ενώ εξέταζε κάποια από τα δεδομένα κατά τη διάρκεια της βάρδιας του, ότι αυτό το συγκεκριμένο τμήμα της Ηωκαίνου είχε πραγματικά σταθερή πολικότητα προς τη μία κατεύθυνση και πραγματικά σταθερή πολικότητα προς την άλλη», είπε ο Lippert.
«Όμως το ενδιάμεσο διάστημα -της ασταθούς πολικότητας, όταν αυτή μεταβλήθηκε προς την άλλη κατεύθυνση- εκτεινόταν σε πάρα πολλά εκατοστά».
Καταγράφοντας μια αναστροφή σε «αργή κίνηση»
Οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι αυτή δεν ήταν μια συνηθισμένη αναστροφή και συνέλεξαν επιπλέον δείγματα σε εξαιρετικά πυκνή διάταξη -μόλις λίγα εκατοστά το ένα από το άλλο- για να καταγράψουν την ιστορία των ιζημάτων σε υψηλή ανάλυση.
Ο στόχος ήταν να επιτευχθεί αυτή η ανάλυση και να ελεγχθεί αν η περίεργη μαγνητική συμπεριφορά οφειλόταν σε μεταβολές του μαγνητικού πεδίου ή των ίδιων των ιζημάτων.
Σε μεταγενέστερες αναλύσεις αυτών των πυρήνων που διήρκεσαν αρκετά χρόνια, ο Lippert και οι συνεργάτες του επιβεβαίωσαν ότι επρόκειτο για καταγραφή αλλαγών στο μαγνητικό πεδίο και κατασκεύασαν χρονοδιαγράμματα υψηλής ακρίβειας για δύο αναστροφές: μία που διήρκεσε 18.000 χρόνια και μία άλλη που κράτησε 70.000 χρόνια.
Αν και το εύρημα αποτέλεσε έκπληξη, δεν ήταν εντελώς απρόσμενο, σύμφωνα με τη μελέτη.
Τα υπολογιστικά μοντέλα του γεωδυναμό της Γης -στον στροβιλιζόμενο εξωτερικό πυρήνα που παράγει τα ηλεκτρικά ρεύματα τα οποία υποστηρίζουν το μαγνητικό πεδίο- είχαν υποδείξει ότι η διάρκεια των αναστροφών ποικίλλει, με πολλές σύντομες, αλλά και περιστασιακές μακρόσυρτες μεταβάσεις, ορισμένες από τις οποίες διαρκούν έως και 130.000 χρόνια.
Με άλλα λόγια, ο γεωμαγνητισμός της Γης μπορεί να είχε πάντα αυτό το απρόβλεπτο στοιχείο, αλλά οι επιστήμονες δεν το είχαν εντοπίσει στα πετρώματα μέχρι τώρα.