Met behulp van nieuwe gegevens die zijn verzameld op locaties in zuidelijk Afrika, Onderzoekers van de Universiteit van Rochester hebben hun record van het magnetisch veld van de aarde duizenden jaren teruggetrokken tot het eerste millennium.

Het record biedt historische context om recente, voortdurende veranderingen in het magnetische veld, het meest prominent in een gebied op het zuidelijk halfrond dat bekend staat als de Zuid-Atlantische anomalie.

"We weten al geruime tijd dat het magnetische veld aan het veranderen is, maar we wisten niet echt of dit ongebruikelijk was voor deze regio op een langere tijdschaal, of het normaal was, " zegt Vincent Haas, die onlangs een postdoctorale aanstelling als associate heeft afgerond bij de afdeling Aard- en Milieuwetenschappen (EES) aan de Universiteit van Rochester, en is hoofdauteur van een paper gepubliceerd in Geofysische onderzoeksbrieven .

Verzwakking van het magnetisch veld een terugkerende anomalie

De nieuwe gegevens leveren ook meer bewijs dat een regio in zuidelijk Afrika een unieke rol kan spelen bij magnetische poolomkeringen.

Het magnetische veld dat de aarde omringt, bepaalt niet alleen of een kompasnaald naar het noorden of het zuiden wijst, maar beschermt de planeet ook tegen schadelijke straling uit de ruimte. bijna 800, 000 jaar geleden, de polen waren omgewisseld:het noorden wees naar het zuiden en omgekeerd. Sindsdien zijn de polen nooit helemaal omgekeerd, maar de afgelopen 160 jaar, de sterkte van het magnetische veld is in een alarmerend tempo afgenomen. De regio waar het het zwakst is, en steeds zwakker worden, is een groot gebied dat zich uitstrekt van Chili tot Zimbabwe, de Zuid-Atlantische Anomalie genoemd.

Om deze relatief recente veranderingen in historisch perspectief te plaatsen, Rochester-onderzoekers - onder leiding van John Tarduno, een professor en voorzitter van EES – verzamelde gegevens van locaties in zuidelijk Afrika, die zich in de Zuid-Atlantische Anomalie bevindt, om een ​​verslag samen te stellen van de magnetische veldsterkte van de aarde gedurende vele eeuwen. Gegevens die eerder zijn verzameld door Tarduno en Rory Cottrell, een EES-onderzoeker, samen met theoretische modellen ontwikkeld door Eric Blackman, hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde in Rochester, suggereren dat de kernregio onder zuidelijk Afrika de geboorteplaats kan zijn van recente en toekomstige poolomkeringen.

"We waren op zoek naar terugkerend gedrag van anomalieën omdat we denken dat dit is wat er vandaag gebeurt en de Zuid-Atlantische anomalie veroorzaakt, ', zegt Tarduno. 'We hebben bewijs gevonden dat deze anomalieën in het verleden zijn voorgekomen, en dit helpt ons de huidige veranderingen in het magnetische veld te contextualiseren."

De onderzoekers ontdekten dat het magnetische veld in de regio fluctueerde van 400-450 na Christus, van 700-750 na Christus, en opnieuw van 1225-1550 na Christus. Deze Zuid-Atlantische Anomalie, daarom, is de meest recente weergave van een terugkerend fenomeen in de kern van de aarde onder Afrika dat vervolgens de hele wereld beïnvloedt.

"We krijgen sterker bewijs dat er iets ongewoons is aan de kern-mantelgrens onder Afrika dat een belangrijke impact zou kunnen hebben op het wereldwijde magnetische veld, ' zegt Tarduno.

Een poolomkering? Nog niet, zeggen onderzoekers

Het magnetische veld wordt opgewekt door wervelingen, vloeibaar ijzer in de buitenste kern van de aarde. Hier is het, ongeveer 1800 mijl onder het Afrikaanse continent, dat er een speciale functie bestaat. Seismologische gegevens hebben een dichter gebied diep onder zuidelijk Afrika onthuld, de African Large Low Shear Velocity Province genaamd. Het gebied bevindt zich net boven de grens tussen de hete vloeibare buitenkern en de stijvere, koelere mantel. Zittend op de vloeibare buitenkern, het kan een beetje zinken, de ijzerstroom verstoren en uiteindelijk het magnetisch veld van de aarde beïnvloeden.

Een grote verandering in het magnetische veld zou verstrekkende gevolgen hebben; het magnetische veld stimuleert stromen in alles met lange draden, inclusief het elektriciteitsnet. Veranderingen in het magnetische veld kunnen daarom storingen in het elektriciteitsnet veroorzaken, storingen in het navigatiesysteem, en satellietstoringen. Een verzwakking van het magnetische veld kan ook betekenen dat meer schadelijke straling de aarde bereikt - en een toename van de incidentie van huidkanker veroorzaken.

Haas en Tarduno waarschuwen, echter, dat hun gegevens niet noodzakelijkerwijs een volledige poolomkering voorspellen.

"We weten nu dat dit ongewone gedrag in de afgelopen 160 jaar minstens een paar keer is voorgekomen, en maakt deel uit van een groter langetermijnpatroon, " zegt Haas. "Echter, het is gewoon te vroeg om met zekerheid te zeggen of dit gedrag zal leiden tot een volledige omkering van de polen."

Zelfs als een volledige poolomkering niet in de nabije toekomst is, echter, de verzwakking van de magnetische veldsterkte is intrigerend voor wetenschappers, zegt Tarduno. "De mogelijkheid van een aanhoudend verval in de sterkte van het magnetische veld is een maatschappelijke zorg die voortdurende studie en monitoring verdient."

In het veld:"archeomagnetisme" aan het werk

De onderzoekers verzamelden gegevens voor dit project uit een onwaarschijnlijke bron:oude kleiresten uit zuidelijk Afrika die dateren uit de vroege en late ijzertijd. Als onderdeel van een veld genaamd "archeomagnetisme, "Geofysici werken samen met archeologen om het magnetische veld uit het verleden te bestuderen.

Het Rochester-team, waaronder een aantal studenten, werkte samen met archeoloog Thomas Huffman van de Universiteit van Witwatersrand in Zuid-Afrika, een vooraanstaand expert op het gebied van zuidelijk Afrika uit de ijzertijd. De groep heeft kleimonsters opgegraven op een locatie in de Limpopo River Valley, die grenst aan Zimbabwe, Zuid-Afrika, en Botswana.

Tijdens de ijzertijd in zuidelijk Afrika, rond de tijd van het eerste millennium, er was een groep Bantoe-sprekende mensen die graan verbouwden en in dorpen woonden die bestonden uit graanbakken, hutten, en veeverblijven. Dammen waren verwoestend voor hun agrarische cultuur. Tijdens periodes van tocht, ze zouden uitgebreide rituele reinigingen van de dorpen uitvoeren door de hutten en graanbakken af ​​te branden.

"Als je klei verbrandt bij zeer hoge temperaturen, je stabiliseert eigenlijk de magnetische mineralen, en wanneer ze afkoelen van deze zeer hoge temperaturen, ze vergrendelen een record van het aardmagnetisch veld, ' zegt Tarduno.

Onderzoekers graven de monsters op, oriënteer ze in het veld, en breng ze terug naar het lab om metingen uit te voeren met magnetometers. Op deze manier, ze kunnen de monsters gebruiken om een ​​record van het magnetische veld van de aarde in het verleden samen te stellen.