Жердің магнит өрісінің ауытқулары және олардың себептері
Geomagnetic excursion
Жердің магнит өрісіндегі ауытқулар – полюстік бағыттың 45° дейін өзгеруімен сипатталатын, бірақ толыққанды керілу емес, қысқамерзімді өзгерістер. Лашамп оқиғасы – жаһандық мысал.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Геомагниттік экскурсия, геомагниттік кері айналу сияқты, Жердің магнит өрісінің маңызды өзгеруі болып табылады. Кері айналудан өзгеше, экскурсия – бұл ірі масштабты өрістің "тұрақты" қайта бағдарлануы емес, көбінесе (геологиялық тұрғыдан) қысқа мерзімді болатын өріс қарқындылығының күрт өзгеруін көрсетеді, полюстің бұрынғы орнынан 45 градусқа дейін ауытқуы мүмкін. Лашамп оқиғасы Жер шарының төңірегіндегі көптеген жерлерде анықталғандықтан, ол нағыз жаһандық экскурсияның сирек кездесетін мысалдарының бірі деп саналады.
A geomagnetic excursion, like a geomagnetic reversal, is a significant change in the Earth's magnetic field. Unlike reversals, an excursion is not a "permanent" re orientation of the large scale field, but rather represents a dramatic, typically a (geologically) short lived change in field intensity, with a variation in pole orientation of up to 45° from the previous position. Since the Laschamp event has also been seen in sites around the Earth, it is suggested as one of the few examples of a truly global excursion.
Пайда болуы
Геологиялық өткеннің соңғы кезеңдерін есептемегенде, геомагниттік экскурсиялардың қаншалықты жиі болатыны жақсы белгілі емес. Геомагниттік өрістің бағытының өзгеруі арқылы оңай анықталатын геомагниттік кері айналымдардан өзгеше, салыстырмалы түрде қысқа мерзімді экскурсиялар ұзақ мерзімді, төмен ажыратымдылықтағы өткен геомагниттік өрістің қарқындылығы туралы мәліметтерде көз жаздыруға оңай болады. Қазіргі танымға сүйенсек, олар кері айналымдардан шамамен он есе көп, тіпті ағымдағы кері айналым кезеңі – Брунес-Матуяма кері айналымында 12-ге дейін экскурсия тіркелген. Брунес геомагниттік хронындағы геомагниттік экскурсиялар салыстырмалы түрде жақсы сипатталған. Матуяма, Гаусс және Гилберт хрондары үшін де геомагниттік экскурсиялар туралы хабарлар бар, сонымен қатар Байкал көлінен алынған терең бұрғылау өзегін талдау және оны мұхиттық өзегімен (ОДП) және қытай лосс жазбаларымен салыстыру нәтижесінде осы хрондар үшін жаңа, мүмкін экскурсиялар ұсынылуда.
Except for recent periods of the geologic past, it is not well known how frequently geomagnetic excursions occur. Unlike geomagnetic reversals, which are easily detected by the change in field direction, the relatively short lived excursions can be easily overlooked in long duration, coarsely resolved, records of past geomagnetic field intensity. Present knowledge suggests that they are around ten times more abundant than reversals, with up to 12 excursions documented within the current reversal period Brunhes–Matuyama reversal. Geomagnetic excursions for the Brunhes geomagnetic chron are relatively well described. Geomagnetic excursions in the Matuyama, Gauss and Gilbert chrons are also reported and new possible excursions are suggested for these chrons based on analysis of the deep drilling cores from Lake Baikal and their comparison with the oceanic core (ODP) and Chinese loess records.
Мүмкін себептері
Геомагниттік экскурсиялардың себептері туралы ғылыми пікірлер екіге бөлінген. Басты гипотеза – олар магнит өрісін тудыратын динамо процестерінің ішкі тұрақсыздығы болып табылады. Бұл, магнит өрісінің ауысу кезеңдеріндегі оқиғаларды бақылау нәтижелерімен сәйкес келеді, мұнда ауысулардың аяқталуына 3000–7000 жыл уақыт кетеді, ал экскурсиялар көбінесе 500–3000 жылға созылады. Дегенмен, бұл уақыт аралығы барлық оқиғаларға қатысты емес, және өрістерді жекелеген түрде тудыру қажеттігі күмәнданып отыр, себебі өзгерістер математикалық модельдерде спонтанды түрде пайда болуы мүмкін.
Scientific opinion is divided on what causes geomagnetic excursions. The dominant hypothesis is that they are an inherent instability of the dynamo processes that generates the magnetic field. This fits well with observations of events within the current chron of reversals taking 3,000–7,000 years to complete, while excursions typically last 500–3,000 years. However, this timescale does not hold true for all events, and the need for separate generation of fields has been contested, since the changes can be spontaneously generated in mathematical models.
Плиталық тектоникаға негізделген
Рихард А. Мюллер сияқты мамандардың пікірінше, геомагниттік ауытқулар спонтанды түрде пайда болатын процестер емес, керісінше, Жердің ядросындағы ағынды тікелей бұзатын сыртқы оқиғалардың нәтижесінде туындайды. Мұндай процестерге субдукция аймақтарындағы плиталық тектониканың әсерінен мантияға батып кіретін континенттік плиталардың келуі, ядро-мантия шекарасынан жаңа мантиялық қауырсындардың пайда болуы, сондай-ақ, өте ірі соқтығысу оқиғаларынан туындайтын мантия-ядроның серпіліс күштері мен орын ауыстырулары жатуы мүмкін. Осы теорияны қолдайтындар, осы оқиғалардың кез келгені динамоның кең ауқымды бұзылуына алып келеді, нәтижесінде геомагниттік өріс қалпына келтіруге қажетті уақытқа тоқтатылады деп санайды.
A minority opinion, held by such figures as Richard A. Muller, is that geomagnetic excursions are not spontaneous processes but rather triggered by external events which directly disrupt the flow in the Earth's core. Such processes may include the arrival of continental slabs carried down into the mantle by the action of plate tectonics at subduction zones, the initiation of new mantle plumes from the core–mantle boundary, and possibly mantle core shear forces and displacements resulting from very large impact events. Supporters of this theory hold that any of these events lead to a large scale disruption of the dynamo, effectively turning off the geomagnetic field for a period of time necessary for it to recover.
Үлкен ғарыштық әсер
Ричард А. Мюллер мен Дональд Э. Моррис геомагниттік кері айналуды өте үлкен соққы оқиғасынан және одан кейінгі қарқынды климаттық өзгерістен туындайды деп ұсынады. Соққы шағын мұз дәуірін тудырды, ал судың полюстерге қарай қайта таралуының өзгеруі жер қабығы мен мантияның айналу жылдамдығын өзгертеді. Егер теңіз деңгейінің өзгеруі жеткілікті үлкен (>10 метр) және жылдам (бірнеше жүз жыл ішінде) болса, онда сұйық ядродағы жылдамдық градиенті Жердің динамосын қозғалтатын конвекциялық жасушаларды бұзады.
Richard A. Muller and Donald E. Morris suggest geomagnetic reversal due to very large impact event and following rapid climate change. The impact triggered a little ice age and change of water redistribution more to poles alters the rotation rate of crust and mantle. If the sea level change is sufficiently large (>10 meters) and rapid (in a few hundred years), then the velocity shear in the liquid core disrupts the convective cells that drive the Earth's dynamo.
Әсерлер
Магниттік өрістің әлсіреуіне байланысты, әсіресе өту кезеңінде, Жерге көбірек сәулелену жетеді, бұл бериллий-10 өндірісін және көміртегі-14 деңгейін арттырады. Дегенмен, ештеңе қаупі төндірмейтін сияқты, себебі адамзат мұндай құбылысты кем дегенде бір рет бастан өткерген; Homo erectus және мүмкін Homo heidelbergensis Брунес-Матуяма керілісін ешқандай зиянсыз бастан өткерді, ал экскурсиялар аз уақытқа соқтығып, магниттік өрістің тұрақты өзгерісіне алып келмейді. Қазіргі қоғамға ең үлкен қауіп геомагниттік дауылдармен байланысты болуы мүмкін, онда спутниктер мен электрмен жабдықтау жүйелері зақымдануы мүмкін, сондай-ақ компаспен бағыттану да қиын болады. Магниттік өріске сүйене отырып бағытталатын тіршілік нысандарының кейбір түрлері бұзылуы мүмкін, бірақ олардың бұрынғы экскурсиялардан аман қалғаны айтылады. Экскурсия кезеңдері әрқашан глобальды бола бермейді, сондықтан әсері тек белгілі бір аймақтарда сезілуі мүмкін, ал қалғандарына тиісті әсері болмайды. Бұл процестің уақыты бір ғасырдан бастап 10 мың жылға дейін созылуы мүмкін.
Due to the weakening of the magnetic field, particularly during the transition period, greater amounts of radiation would be able to reach the Earth, increasing production of beryllium 10 and levels of carbon 14. However, it is likely that nothing serious would occur, as the human species has certainly lived through at least one such event; Homo erectus and possibly Homo heidelbergensis lived through the Brunhes–Matuyama reversal with no known ill effect, and excursions are shorter lived and do not result in permanent changes to the magnetic field. The major hazard to modern society is likely to be similar to those associated with geomagnetic storms, where satellites and power supplies may be damaged, although compass navigation would also be affected. Some forms of life that are thought to navigate based on magnetic fields may be disrupted, but again it is suggested that these species have survived excursions in the past. Since excursion periods are not always global, any effect might well only be experienced in certain places, with others relatively unaffected. The time period involved could be as little as a century, or as much as 10,000 years.
Климатпен байланысы
Геомагниттік экскурсиялар континенттік мұз басу кезеңдерінде (мұз дәуірлерінде) қысқа мерзімді, күрт климат салқындану эпизодтарымен байланысты екеніне дәлелдер бар. Жақында геомагниттік керілу жиілігін, оттегі изотоптарының тіркелмесін және тектоникалық плиталардың субдукция жылдамдығын талдау, олардың барлығы ядро-мантия шекарасындағы жылу ағынының, климаттың және плиталық тектоникалық белсенділіктің өзгеруін көрсететін индикаторлары болып табылады. Осы өзгерістердің бәрі Кенозой дәуірінде миллион жылдық масштабта ұқсас ырғақтарды көрсетеді, көбінесе ~13 млн жылдық негізгі периодтылықпен жүзеге асып жатыр.
There is evidence that geomagnetic excursions are associated with episodes of rapid short term climatic cooling during periods of continental glaciation (ice ages). Recent analysis of the geomagnetic reversal frequency, oxygen isotope record, and tectonic plate subduction rate, which are indicators of the changes in the heat flux at the core mantle boundary, climate and plate tectonic activity, shows that all these changes indicate similar rhythms on million years' timescale in the Cenozoic Era occurring with the common fundamental periodicity of ~13 Myr during most of the time.