Ιάπωνες ερευνητές δηλώνουν ότι πλησιάζουν στην επίλυση του μυστηρίου των “ελλειπουσών” γεωμαγνητικών αναστροφών της Γης, προσδιορίζοντας τα σημεία όπου πιστεύουν ότι οι επιστήμονες πρέπει να αναζητήσουν στοιχεία για την ασυνήθιστη απουσία τους.
Σε βάθος μεγάλων χρονικών περιόδων, οι μαγνητικοί πόλοι της Γης αντιστρέφονται περιοδικά σε γεγονότα γνωστά ως γεωμαγνητικές αναστροφές πολικότητας, τα οποία σηματοδοτούν σημαντικά κεφάλαια στη μαγνητική ιστορία του πλανήτη.
Το χρονικό διάστημα μεταξύ αυτών των αναστροφών ονομάζεται “chron” (χρόνος), και μια νέα έρευνα που δημοσιεύθηκε στο Geophysical Research Letters υποδηλώνει ότι ενδέχεται να έχουν συμβεί περισσότερα τέτοια γεγονότα από όσα είναι επί του παρόντος επιβεβαιωμένα.
Ελλείπουσες γεωμαγνητικές αναστροφές πολικότητας
Τα γεωλογικά υλικά -συμπεριλαμβανομένων των πετρωμάτων, των ιζημάτων και των θαλάσσιων μαγνητικών ανωμαλιών – διατηρούν την ιστορία των πολυάριθμων αναστροφών πολικότητας της Γης.
Οι ερευνητές ενδιαφέρονται ιδιαίτερα για τις «ελλείπουσες» αναστροφές: γεγονότα που πιθανώς συνέβησαν, αλλά για τα οποία δεν υπάρχουν ακόμη σαφείς αποδείξεις.
«Ορισμένες “ελλείπουσες” αναστροφές, που δεν έχουν ακόμη καταγραφεί στο ιστορικό αναστροφών, ανακαλύφθηκαν από τους βασάλτες πλημμύρας (flood basalts) της Αιθιοπίας», δήλωσε στο The Debrief ο κύριος συγγραφέας της μελέτης, Yutaka Yoshimura από το Πανεπιστήμιο Kyushu.
Ονομάζονται αναστροφές Lima-Limo. Επίσης, οι γεωμαγνητικές παρεκκλίσεις (excursions), οι οποίες αποτελούν αποτυχημένες αλλαγές της γεωμαγνητικής πολικότητας, ενδέχεται να είναι υποψήφιες για τις “ελλείπουσες” αναστροφές.
Σύμφωνα με τους Singer et al., ενδέχεται να έχουν συμβεί 24 γεωμαγνητικές παρεκκλίσεις τα τελευταία 773.000 χρόνια.
Οι επιστήμονες αποδίδουν τις αναστροφές σε μακροπρόθεσμες αλλαγές στη ροή θερμότητας κατά μήκος του ορίου πυρήνα-μανδύα, οι οποίες επηρεάζουν το γεωδυναμό (geodynamo) που παράγει το μαγνητικό πεδίο της Γης.
Αναζητώντας τις γεωμαγνητικές αναστροφές πολικότητας
Συνολικά, αυτές οι αναστροφές σχηματίζουν τη Γεωμαγνητική Χρονολογική Κλίμακα Πολικότητας (GPTS). Τα πολύ σύντομα διαστήματα παρουσιάζουν προκλήσεις, καθώς η μικρή διάρκειά τους μπορεί να υπολείπεται των ορίων ανάλυσης των γεωλογικών αρχείων. Χρησιμοποιώντας το GPTS2020 -το πιο πρόσφατο σύνολο δεδομένων χρονισμού αναστροφών- η ομάδα εξέτασε πώς έχει μεταβληθεί η συχνότητα των αναστροφών με την πάροδο του χρόνου.
Οι ερευνητές εφάρμοσαν μια τεχνική γνωστή ως εκτίμηση πυκνότητας πυρήνα (kernel density estimation) για να προσδιορίσουν εάν τα γεγονότα συσσωρεύονται στενά σε ένα χρονολόγιο ή εάν έχουν μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ τους. Σε κάθε σημείο δεδομένων αποδίδεται μια κατανομή πιθανότητας, και οι αλληλοεπικαλυπτόμενες κατανομές αποκαλύπτουν πώς μεταβάλλεται η πυκνότητα των γεγονότων κατά τη διάρκεια του γεωλογικού χρόνου. Η μέθοδος αυτή είναι ιδιαίτερα χρήσιμη κατά τη μελέτη μακροπρόθεσμων καταγραφών αναστροφών.
Παλαιότερες μελέτες που χρησιμοποίησαν αυτή την προσέγγιση υπέδειξαν ότι πριν από περίπου 155 εκατομμύρια χρόνια, κοντά στην έναρξη του Κρητιδικού Κανονικού Υπερχρόνου (Cretaceous Normal Superchron), οι αναστροφές μειώνονταν σταθερά. Μετά το τέλος του υπερχρόνου, πριν από περίπου 83 εκατομμύρια χρόνια, η συχνότητα των αναστροφών άρχισε να αυξάνεται ξανά.
Εντοπισμός των αναστροφών πολικότητας
Οι προσομοιώσεις του γεωδυναμό δείχνουν ότι τα πρότυπα της ροής θερμότητας στο όριο πυρήνα-μανδύα επηρεάζουν τη συχνότητα των αναστροφών. Σε διάστημα δεκάδων εκατομμυρίων ετών, η μεταγωγή θερμότητας στον μανδύα και η πραγματική πολική μετατόπιση μεταβάλλουν σταδιακά αυτή τη ροή θερμότητας, οδηγώντας τους επιστήμονες στο συμπέρασμα ότι ο ρυθμός των αναστροφών αλλάζει συνεχώς.
Αναλύοντας τα δεδομένα χρονισμού των αναστροφών, οι ερευνητές εντόπισαν πυκνές συστάδες αλλά και περιόδους αραιής δραστηριότητας, κατά τις οποίες συνέβησαν ελάχιστες αναστροφές. Κατά τη διάρκεια των διαστημάτων υψηλής πυκνότητας, τα άφθονα σημεία δεδομένων επιτρέπουν ακριβέστερες εκτιμήσεις για τις περιβαλλοντικές αλλαγές, τις κινήσεις των τεκτονικών πλακών και την ηλικία των απολιθωμάτων, με βάση τα μαγνητικά αποτυπώματα στα πετρώματα και τα ιζήματα.
Τα σύντομα διαστήματα που λείπουν από το γεωλογικό αρχείο εμφανίζονται ως «βυθίσεις» στο νέο μοντέλο συχνότητας της ομάδας. Παρόλο που αυτές οι περίοδοι χαμηλής πυκνότητας στερούνται συνεχών δεικτών χρονολόγησης και, ως εκ τούτου, είναι δυσκολότερο να αναλυθούν, η απουσία τους προσφέρει παρ’ όλα αυτά στοιχεία για το εσωτερικό της Γης εκείνης της εποχής.
Είναι σημαντικό ότι το μοντέλο επέτυχε υψηλότερη ανάλυση για αυτά τα σύντομα διαστήματα, αποκαλύπτοντας τέσσερις διακριτές «βυθίσεις» μετά τον Κρητιδικό Κανονικό Υπερχρόνο.
Η ομάδα προτείνει ότι αυτά τα κενά πιθανότατα περιέχουν τις ελλείπουσες γεωμαγνητικές αναστροφές πολικότητας και ότι τα ευρήματα υποστηρίζουν την τυπική εξήγηση του γεωδυναμό για τις αναστροφές.
Μαγνητική Χρονολόγηση
Ο εντοπισμός αυτών των ελλειπουσών αναστροφών θα μπορούσε να βελτιώσει τη χρονολόγηση αρχαίων γεωλογικών υλικών. Οι γεωλόγοι και οι γεωφυσικοί έχουν αναπτύξει και τελειοποιήσει τη Γεωμαγνητική Χρονολογική Κλίμακα Πολικότητας (GPTS) ως έναν γεωχρονολογικό “χάρακα” για τη μαγνητική χρονολόγηση», δήλωσε ο Yoshimura.
«Επομένως, οι μαγνητικές αναστροφές αποτελούν τα στρώματα-κλειδιά για τη συσχέτιση των σημάτων γεωμαγνητικής αναστροφής που έχουν καταγραφεί στις ωκεάνιες πλάκες και στα χερσαία/υποθαλάσσια στρώματα (συμπεριλαμβανομένων των απολιθωμάτων και των παλαιο-περιβαλλοντικών γεγονότων) με την κλίμακα GPTS.»
«Για να βελτιωθεί περαιτέρω η ακρίβεια και η ανάλυση της μαγνητικής χρονολόγησης, είναι απαραίτητο να εντοπιστούν ροές λάβας που εξερράγησαν κατά τα συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα ενδιαφέροντος και να διεξαχθεί εντατική παλαιομαγνητική δειγματοληψία πετρωμάτων σε αυτές τις μονάδες», προσθέτει ο Yoshimura.
«Αυτή η στοχευμένη στρατηγική επιτρέπει περιορισμούς υψηλής ακρίβειας στον χρονισμό των αναστροφών και στη συμπεριφορά του γεωμαγνητικού πεδίου», αναφέρει. «Αυτή η προσέγγιση υπήρξε κεντρικής σημασίας για το έργο μας στην Αιθιοπία, όπου η συστηματική δειγματοληψία καλά διατηρημένων ηφαιστειακών ακολουθιών βοήθησε στην αποσαφήνιση του χρονικού πλαισίου των γεωμαγνητικών αναστροφών».