Sudah lama menjadi misteri seberapa cepat medan magnet Bumi berubah. Andrey VP / Shutterstock
Medan magnet Bumi, yang dihasilkan 3,000km di bawah kaki kita dalam teras besi cair, sangat penting bagi kehidupan di planet kita. Ia meluas ke ruang angkasa, membungkus kita dengan selimut elektromagnetik yang melindungi atmosfer dan satelit dari sinaran matahari.
Namun medan magnetnya sentiasa berubah baik dari segi kekuatan dan arahnya dan telah mengalami beberapa perubahan dramatik pada masa lalu. Ini termasuk pembalikan enigmatik kutub magnet, dengan kutub selatan menjadi kutub utara dan sebaliknya.
Soalan lama ialah seberapa pantas bidang itu boleh berubah. Kajian baru kami, diterbitkan dalam Nature Communications, telah menemui beberapa jawapan.
Perubahan pesat medan magnet sangat menarik kerana ia mewakili tingkah laku paling melampau dari lautan besi cair dalam teras cecair. Dengan mengikat perubahan yang diperhatikan pada proses teras, kita dapat mempelajari maklumat penting mengenai wilayah planet kita yang tidak dapat diakses.
Dari segi sejarah, perubahan terpantas dalam medan magnet Bumi berlaku dikaitkan dengan pembalikan, yang berlaku pada selang waktu yang tidak teratur beberapa kali setiap juta tahun. Tetapi kami menemui perubahan bidang yang jauh lebih cepat dan lebih baru daripada data yang berkaitan dengan pembalikan sebenar.
Pembalikan magnetik. NASA
Satelit masa kini membantu memantau perubahan di lapangan dalam ruang dan waktu, dilengkapi dengan catatan navigasi dan observatorium darat. Maklumat ini menunjukkan bahawa perubahan dalam bidang moden agak serius, sekitar sepersepuluh darjah setiap tahun. Tetapi, walaupun kita tahu bahawa ladang itu sudah ada sekurang-kurangnya 3.5 bilion tahun, kita tidak tahu banyak tentang perilakunya sebelum 400 tahun yang lalu.
Untuk mengesan bidang kuno, saintis menganalisis daya tarikan yang dicatat oleh sedimen, aliran lava dan artifak buatan manusia. Ini kerana bahan-bahan ini mengandungi butiran magnetik mikroskopik yang mencatat tandatangan medan Bumi pada saat mereka disejukkan (untuk lavas) atau ditambahkan ke daratan (untuk sedimen). Catatan sedimen dari tengah Itali sekitar waktu pembalikan polaritas terakhir hampir 800,000 tahun yang lalu mencadangkan perubahan bidang yang agak cepat mencapai satu darjah setiap tahun.
Walau bagaimanapun, pengukuran sedemikian sangat mencabar, dengan hasilnya masih dibahaskan. Sebagai contoh, terdapat ketidakpastian dalam proses di mana sedimen memperoleh daya tarikannya.
Pengukuran yang diperbaiki
Penyelidikan kami mengambil pendekatan yang berbeza dengan menggunakan model komputer berdasarkan fizik proses penjanaan lapangan. Ini digabungkan dengan penyusunan semula variasi global dalam medan magnet Bumi yang merangkumi 100,000 tahun terakhir, berdasarkan kompilasi pengukuran dari sedimen, lavas dan artefak.
Ini menunjukkan bahawa perubahan arah medan magnet Bumi mencapai kadar hingga sepuluh darjah per tahun - sepuluh kali lebih besar daripada variasi yang paling cepat dilaporkan saat ini.
Perubahan terpantas dalam arah medan geomagnetik berlaku sekitar 39,000 tahun yang lalu. Pergeseran ini dikaitkan dengan bidang yang lemah secara tempatan di wilayah terbatas di lepas pantai barat Amerika tengah. Acara ini mengikuti global "Lawatan Laschamp"-" pembalikan gagal "medan magnet Bumi sekitar 41,000 tahun yang lalu di mana kutub magnet bergerak sebentar jauh dari kutub geografi sebelum kembali.
Perubahan terpantas nampaknya berkaitan dengan kelemahan medan magnet tempatan. Model kami menunjukkan bahawa ini disebabkan oleh pergerakan tampalan medan magnet yang kuat di permukaan teras cecair. Tambalan ini lebih banyak berlaku di garis lintang yang lebih rendah, menunjukkan bahawa pencarian masa depan untuk perubahan arah yang cepat harus difokuskan pada bidang-bidang ini.
Kesan masyarakat
Perubahan dalam medan magnet, seperti pembalikan, mungkin tidak menimbulkan ancaman bagi kehidupan. Manusia berjaya menjalani perjalanan Laschamp yang dramatik. Hari ini, ancaman tersebut terutama bergantung kepada pergantungan kita pada infrastruktur elektronik. Kejadian cuaca ruang angkasa seperti ribut geomagnetik, yang timbul dari interaksi antara medan magnet dan sinaran suria yang masuk, dapat mengganggu komunikasi satelit, GPS dan grid kuasa.
Ini merisaukan - kos ekonomi kejatuhan grid kuasa AS kerana peristiwa cuaca-ruang telah dianggarkan pada sekitar satu trilion dolar. Ancaman itu cukup serius untuk cuaca ruang angkasa muncul sebagai keutamaan yang tinggi di daftar risiko kebangsaan UK.
Kejadian cuaca ruang angkasa cenderung lebih banyak berlaku di kawasan di mana medan magnet lemah - sesuatu yang kita tahu boleh berlaku apabila medan berubah dengan cepat. Malangnya, simulasi komputer menunjukkan bahawa perubahan arah timbul setelah kekuatan medan mulai lemah, yang bermaksud kita tidak dapat meramalkan penurunan kekuatan medan dengan hanya memantau arah medan. Kerja masa depan menggunakan simulasi yang lebih maju dapat memberi penerangan lebih mendalam mengenai masalah ini.
Adakah perubahan pesat dalam medan magnet sedang dalam perjalanan? Ini sangat sukar untuk dijawab. Perubahan terpantas juga merupakan peristiwa paling jarang: sebagai contoh, perubahan yang dikenal pasti di sekitar lawatan Laschamp adalah dua kali lebih cepat daripada perubahan lain yang berlaku dalam 100,000 tahun yang lalu.
Ini menyukarkan para saintis untuk meramalkan perubahan yang cepat - mereka adalah "peristiwa angsa hitam" yang mengejutkan dan memberi kesan besar. Satu kemungkinan jalan maju adalah dengan menggunakan model berasaskan fizik bagaimana lapangan berperilaku sebagai sebahagian daripada ramalan.
Kita masih banyak yang harus belajar tentang "had laju" medan magnet Bumi. Perubahan pesat belum dapat dilihat secara langsung semasa pembalikan polaritas, tetapi semestinya diharapkan kerana lapangan dianggap lemah secara global pada masa ini.
Mengenai Penulis
Christopher Davies, profesor bersekutu, University of Leeds
Artikel ini diterbitkan semula daripada Perbualan di bawah lesen Creative Commons. Membaca artikel asal.
Buku tentang Persekitaran daripada senarai Penjual Terbaik Amazon
"Musim Bunga Senyap"
oleh Rachel Carson
Buku klasik ini merupakan mercu tanda dalam sejarah alam sekitar, menarik perhatian kepada kesan berbahaya racun perosak dan kesannya terhadap alam semula jadi. Kerja Carson membantu memberi inspirasi kepada pergerakan alam sekitar moden dan kekal relevan hari ini, sambil kami terus bergelut dengan cabaran kesihatan alam sekitar.
Klik untuk maklumat lanjut atau untuk memesan
"Bumi Tidak Boleh Didiami: Kehidupan Selepas Pemanasan"
oleh David Wallace-Wells
Dalam buku ini, David Wallace-Wells menawarkan amaran keras tentang kesan buruk perubahan iklim dan keperluan mendesak untuk menangani krisis global ini. Buku ini menggunakan penyelidikan saintifik dan contoh dunia nyata untuk memberikan pandangan yang serius tentang masa depan yang kita hadapi jika kita gagal mengambil tindakan.
Klik untuk maklumat lanjut atau untuk memesan
"Kehidupan Tersembunyi Pokok: Apa Yang Mereka Rasa, Bagaimana Mereka Berkomunikasi? Penemuan dari Dunia Rahsia"
oleh Peter Wohlleben
Dalam buku ini, Peter Wohlleben meneroka dunia pokok yang menarik dan peranannya dalam ekosistem. Buku ini menggunakan penyelidikan saintifik dan pengalaman Wohlleben sendiri sebagai ahli hutan untuk menawarkan pandangan tentang cara kompleks pokok berinteraksi antara satu sama lain dan dunia semula jadi.
Klik untuk maklumat lanjut atau untuk memesan
"Rumah Kami Terbakar: Pemandangan Keluarga dan Planet Dalam Krisis"
oleh Greta Thunberg, Svante Thunberg, dan Malena Ernman
Dalam buku ini, aktivis iklim Greta Thunberg dan keluarganya menawarkan akaun peribadi tentang perjalanan mereka untuk meningkatkan kesedaran tentang keperluan mendesak untuk menangani perubahan iklim. Buku ini menyediakan akaun yang kuat dan mengharukan tentang cabaran yang kita hadapi dan keperluan untuk bertindak.
Klik untuk maklumat lanjut atau untuk memesan
"Kepupusan Keenam: Sejarah Tidak Semulajadi"
oleh Elizabeth Kolbert
Dalam buku ini, Elizabeth Kolbert meneroka kepupusan besar-besaran berterusan spesies yang disebabkan oleh aktiviti manusia, menggunakan penyelidikan saintifik dan contoh dunia nyata untuk memberikan pandangan yang mendalam tentang kesan aktiviti manusia terhadap alam semula jadi. Buku ini menawarkan seruan tindakan yang menarik untuk melindungi kepelbagaian hidupan di Bumi.
