Wetenschappers hebben patronen in het magnetisch veld van de aarde geïdentificeerd die evolueren in de orde van 1, 000 jaar, het verschaffen van nieuw inzicht in hoe het veld werkt en het toevoegen van een mate van voorspelbaarheid aan veranderingen in het veld die voorheen niet bekend waren.

De ontdekking stelt onderzoekers ook in staat om het verleden van de planeet met een fijnere resolutie te bestuderen door deze geomagnetische "vingerafdruk" te gebruiken om sedimentkernen uit de Atlantische en Stille Oceaan te vergelijken.

Resultaten van het onderzoek, die werd gesteund door de National Science Foundation, zijn onlangs gepubliceerd in Aardse en planetaire wetenschapsbrieven .

Het aardmagnetisch veld is van cruciaal belang voor het leven op aarde. Zonder het, geladen deeltjes van de zon (de "zonnewind") zouden de atmosfeer wegblazen, wetenschappers zeggen. Het veld helpt ook bij menselijke navigatie en migratie van dieren op manieren die wetenschappers nog maar net beginnen te begrijpen. Eeuwen van menselijke observatie, evenals het geologische record, laten zien dat ons veld in de loop van de tijd drastisch verandert in sterkte en structuur.

Maar ondanks het belang ervan, veel vragen blijven onbeantwoord over het waarom en hoe deze veranderingen plaatsvinden. De eenvoudigste vorm van magnetisch veld komt van een dipool:een paar gelijk en tegengesteld geladen polen, als een staafmagneet.

"We weten al een tijdje dat de aarde geen perfecte dipool is, en we kunnen deze onvolkomenheden in het historische verslag zien, " zei Maureen "Mo" Walczak, een postdoctoraal onderzoeker aan de Oregon State University en hoofdauteur van het onderzoek. "We ontdekken dat niet-dipolaire structuren niet vergankelijk zijn, onvoorspelbare dingen. Ze zijn zeer langlevend, terugkerende meer dan 10, 000 jaar - persistent in hun locatie in het hele Holoceen.

"Dit is iets van een ontdekking van de Heilige Graal, " voegde ze eraan toe, "hoewel het niet perfect is. Het is een belangrijke eerste stap in een beter begrip van het magnetische veld, en het synchroniseren van sedimentkerngegevens op een fijnere schaal."

zo'n 800, 000 jaar geleden, de naald van een magnetisch kompas zou naar het zuiden zijn gericht omdat het magnetische veld van de aarde was omgekeerd. Deze omkeringen gebeuren meestal om de paar honderdduizend jaar.

Hoewel wetenschappers zich goed bewust zijn van het patroon van omkeringen in het magnetisch veld van de aarde, een secundair patroon van geomagnetische "wobble" binnen perioden van stabiele polariteit, bekend als paleomagnetische seculiere variatie, of PSV, kan een sleutel zijn om te begrijpen waarom sommige geomagnetische veranderingen optreden.

Het magnetisch veld van de aarde is niet perfect uitgelijnd met de rotatie-as, daarom verschilt het "ware noorden" van het "magnetische noorden, " zeggen de onderzoekers. Op het noordelijk halfrond wordt deze ongelijkheid in het moderne veld blijkbaar veroorzaakt door regio's met een hoge geomagnetische intensiteit die gecentreerd zijn onder Noord-Amerika en Azië.

"Wat we niet weten, is of deze momentopname een betekenis op langere termijn heeft - en wat we hebben ontdekt, is dat dit wel het geval is, " zei Joseph Stoner, een paleomagnetische specialist van de Oregon State University en co-auteur van het onderzoek.

Als het magnetische veld onder Noord-Amerika sterker is, of in de "Noord-Amerikaanse modus, " het zorgt voor steile hellingen en hoge intensiteiten in de noordelijke Stille Oceaan, en lage intensiteiten in Europa met westelijke declinaties in de Noord-Atlantische Oceaan. Dit is meer in overeenstemming met het historische record.

De alternatieve "Europese modus" is in sommige opzichten het tegenovergestelde, met ondiepe helling en lage intensiteit in de noordelijke Stille Oceaan, en oostwaartse declinaties in de Noord-Atlantische Oceaan en hoge intensiteiten in Europa.

"Zoals het blijkt, het magnetische veld is iets minder ingewikkeld dan we dachten, " zei Stoner. "Het is een vrij eenvoudige oscillatie die het gevolg lijkt te zijn van variaties in geomagnetische intensiteit op slechts een paar terugkerende locaties met grote ruimtelijke effecten. We weten nog niet zeker wat deze variatie drijft, hoewel het waarschijnlijk een combinatie van factoren is, waaronder convectie van de buitenste kern die in configuratie kan worden beïnvloed door de onderste mantel."

De onderzoekers konden het patroon identificeren door twee sedimentkernen met hoge resolutie uit de Golf van Alaska te bestuderen, waardoor ze een 17, 400 jaar wederopbouw van het PSV in die regio. Vervolgens vergeleken ze die records met sedimentkernen van andere locaties in de Stille Oceaan om een ​​magnetische vingerafdruk vast te leggen, die is gebaseerd op de oriëntatie van het magnetiet in het sediment, die fungeert als een magnetische recorder van het verleden.

Het gemeenschappelijke magnetische signaal dat in de kernen wordt gevonden, bestrijkt nu een gebied dat zich uitstrekt van Alaska tot Oregon, en naar Hawaï.

"Magnetische uitlijning van verre omgevingsreconstructies met behulp van omkeringen in het paleomagnetische record geeft inzicht in het verleden op een schaal van honderdduizenden jaren, "Zei Walczak. "De ontwikkeling van de coherente PSV-stratigrafie zal ons in staat stellen het record te bekijken op een schaal die mogelijk slechts een paar eeuwen duurt, vergelijk gebeurtenissen tussen oceaanbekkens, en kom echt tot de kern van hoe klimaatafwijkingen over de planeet worden verspreid op een schaal die relevant is voor de menselijke samenleving."

Het magnetische veld wordt in de aarde opgewekt door een vloeibare buitenkern van ijzer, nikkel en andere metalen die elektrische stromen veroorzaken, die op hun beurt magnetische velden produceren. Het magnetische veld is sterk genoeg om de aarde te beschermen tegen zonnewinden en kosmische straling. Het feit dat het verandert is bekend; de redenen waarom zijn een mysterie gebleven.

Nu is dit mysterie misschien een beetje dichter bij de oplossing.