地球の磁場が思ったよりも速く変化する理由

地球の磁場が思ったよりも速く変化する理由
地球の磁場がどれほど速く変化するかは長い間謎でした。
Andrey VP / Shutterstock

液体の鉄のコアで私たちの足の下3,000 kmに生成される地球の磁場は、地球上の生命にとって非常に重要です。 それは宇宙へと広がり、大気と衛星を太陽放射から保護する電磁毛布で私たちを包み込みます。

しかし、磁場は 常に変わっている その強さと方向性の両方で、過去にいくつかの劇的な変化を経験しています。 これも 磁極の不可解な反転、南極が北極になり、その逆も同様です。

長年の質問は、フィールドがどれだけ速く変化できるかでした。 私たちの新しい研究、 Nature Communicationsに掲載されました、いくつかの回答を明らかにしました。

磁場の急速な変化は、液体コア内の溶鉄の海の最も極端な挙動を表すため、非常に重要です。 観測された変化をコアプロセスに結びつけることにより、他の方法ではアクセスできない地球の領域に関する重要な情報を知ることができます。

歴史的に、地球の磁場の最も速い変化は 逆転に関連、数百万年ごとに数回不規則な間隔で発生します。 しかし、実際の逆転に関連するどのデータよりもはるかに速く、より新しいフィールド変更を発見しました。

磁気反転。 (なぜ地球の磁場は思ったよりも速く変化するかもしれません)
磁気反転。
NASA

今日、衛星は、航海記録と地上の観測所によって補完されて、空間と時間の両方でフィールドの変化を監視するのに役立ちます。 この情報は、現代の分野の変化がかなり大きく、年間XNUMX分のXNUMX程度であることを示しています。 しかし、フィールドが存在していることはわかっていますが 3.5億年以上、400年前のその振る舞いについてはあまり知りません。

古代のフィールドを追跡するために、科学者は堆積物、溶岩流、人為的人工物によって記録された磁気を分析します。 これは、これらの材料に、冷却されたとき(溶岩の場合)または陸域に追加されたとき(堆積物の場合)に地球の磁場の特性を記録する微視的な磁性粒子が含まれているためです。 ほぼ800,000万年前の最後の極性反転の頃のイタリア中部からの堆積物記録 比較的急速なフィールドの変化を示唆する 年間XNUMX度に達する。

ただし、このような測定は非常に困難であり、結果は 依然として議論されている。 たとえば、堆積物が磁性を獲得するプロセスには不確実性があります。

改善された測定

私たちの研究は、フィールド生成プロセスの物理学に基づくコンピューターモデルを使用することにより、異なるアプローチをとっています。 これは、堆積物、溶岩、アーティファクトからの測定値の編集に基づいて、過去100,000万年にわたる地球の磁場の地球変動の最近公開された再構築と組み合わされます。

これは、地球の磁場の方向の変化が、年間最大XNUMX度の速度に達したことを示しています。これは、現在報告されている最も速い変動のXNUMX倍です。

地磁気の方向で観測された最も速い変化は、約39,000年前に発生しました。 この変化は、中央アメリカの西海岸のすぐ外の限られた地域の局所的に弱いフィールドに関連していた。 イベントはグローバルな「ラシャンプエクスカーション」–約41,000年前の地球の磁場の「失敗した反転」で、磁極が地理的極から少し離れて戻ってきました。

最も速い変化は、局所的な磁場の弱体化に関連しているようです。 私たちのモデルは、これが液体コアの表面を横切る強い磁場のパッチの動きによって引き起こされることを示唆しています。 これらのパッチは低緯度でより一般的であり、方向の急激な変化に対する将来の調査ではこれらの領域に焦点を当てるべきであることを示唆しています。

社会の影響

反転などの磁場の変化は、おそらく生命を脅かすものではありません。 人間はなんとか劇的なラシャンプの小旅行を乗り切ることができました。 今日、脅威は主に電子インフラストラクチャへの依存にあります。 地磁気嵐などの宇宙天気イベントは、磁場と入射太陽放射の間の相互作用から発生し、衛星通信、GPS、電力グリッドを混乱させる可能性があります。

これは厄介です–宇宙天気イベントによる米国の送電網の崩壊の経済的コスト で推定されています 約XNUMX兆ドル。 脅威は、宇宙天気が 最優先 英国の国家リスク登録。

宇宙天気イベントは、磁場が弱い領域でより一般的になる傾向があります-磁場が急速に変化しているときに私たちが知っていることが起こり得ます。 残念ながら、コンピュータシミュレーションは、電界強度が弱まり始めた後に方向の変化が生じることを示唆しています。つまり、電界の方向を監視するだけでは電界強度の落ち込みを予測できません。 より高度なシミュレーションを使用する将来の作業は、この問題にさらに光を当てることができます。

磁場の別の急激な変化はその途中ですか? これは答えるのが非常に難しいです。 最も速い変化は最もまれなイベントでもあります。たとえば、ラシャンプエクスカーション周辺で特定された変化は、過去100,000万年間に発生した他のどの変化よりもXNUMX倍以上速いです。

これは科学者が急速な変化を予測することを困難にします–それらは驚きとして来て大きな影響を与える「ブラックスワンイベント」です。 今後の可能性のあるルートのXNUMXつは、予測の一部としてフィールドがどのように動作するかの物理学ベースのモデルを使用することです。

地球の磁場の「速度制限」については、まだ学ぶべきことがたくさんあります。 極性の反転中には、急激な変化はまだ直接観察されていませんが、これらの時点ではフィールドが世界的に弱くなると考えられているため、それらは予想されるはずです。会話

著者について

クリストファー・デイビス准教授 リーズ大学

この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.

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