Het magnetische veld van de aarde lijkt stabiel en waar - betrouwbaar genoeg om langs te navigeren.

Nog, grotendeels verborgen voor het dagelijks leven, het veld dwaalt af, wassen en afnemen. De magnetische noordpool raast momenteel richting Siberië, die onlangs het Global Positioning System, dat ten grondslag ligt aan moderne navigatie, dwong om zijn software eerder dan verwacht bij te werken om rekening te houden met de verschuiving.

En om de paar honderdduizend jaar of zo, het magnetische veld verschuift dramatisch en keert zijn polariteit om:het magnetische noorden verschuift naar de geografische zuidpool en, eventueel, weer terug. Deze omkering is ontelbare keren gebeurd in de geschiedenis van de aarde, maar wetenschappers hebben slechts een beperkt begrip van waarom het veld omkeert en hoe het gebeurt.

Nieuw werk van de geoloog Brad Singer van de Universiteit van Wisconsin-Madison en zijn collega's ontdekt dat de meest recente veldomkering, ongeveer 770, 000 jaar geleden, nam minstens 22, 000 jaar te voltooien. Dat is meerdere keren langer dan eerder werd gedacht, en de resultaten stellen verder vraagtekens bij controversiële bevindingen dat sommige omkeringen binnen een mensenleven zouden kunnen plaatsvinden.

De nieuwe analyse - gebaseerd op vooruitgang in meetmogelijkheden en een wereldwijd onderzoek van lavastromen, oceaansedimenten en Antarctische ijskernen - geeft een gedetailleerd beeld van een turbulente tijd voor het magnetisch veld van de aarde. over millennia, het veld verzwakte, gedeeltelijk verschoven, weer gestabiliseerd en dan eindelijk voorgoed teruggedraaid naar de oriëntatie die we vandaag kennen.

De resultaten geven een duidelijker en genuanceerder beeld van omkeringen in een tijd waarin sommige wetenschappers denken dat we de vroege stadia van een omkering ervaren als het veld verzwakt en beweegt. Andere onderzoekers betwisten het idee van een hedendaagse omkering, die onze zwaar elektronische wereld waarschijnlijk op ongebruikelijke manieren zou beïnvloeden.

Singer publiceerde zijn werk op 7 augustus in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang . Hij werkte samen met onderzoekers van de Kumamoto University in Japan en de University of California, Santa Cruz.

"Omkeringen worden gegenereerd in de diepste delen van het binnenste van de aarde, maar de effecten manifesteren zich helemaal door de aarde en vooral aan het aardoppervlak en in de atmosfeer, " legt Singer uit. "Tenzij je een compleet, nauwkeurig en met hoge resolutie vastleggen van hoe een veldomkering werkelijk is aan het aardoppervlak, het is moeilijk om zelfs maar te bespreken wat de mechanica van het genereren van een omkering is."

Het magnetisch veld van de aarde wordt geproduceerd door de buitenste kern van vloeibaar ijzer van de planeet terwijl het rond de vaste binnenkern draait. Deze dynamo-actie creëert een veld dat het meest stabiel is als het door ruwweg de geografische noord- en zuidpool gaat, maar het veld verschuift en verzwakt aanzienlijk tijdens omkeringen.

Naarmate zich nieuwe rotsen vormen - meestal als vulkanische lavastromen of sedimenten die op de zeebodem worden afgezet - registreren ze het magnetische veld op het moment dat ze werden gecreëerd. Geologen zoals Singer kunnen dit wereldwijde record in kaart brengen om de geschiedenis van magnetische velden die miljoenen jaren teruggaat samen te stellen. Het record is het duidelijkst voor de meest recente omkering, noemde Matuyama-Brunhes naar de onderzoekers die voor het eerst omkeringen beschreven.

Voor de huidige analyse Singer en zijn team richtten zich op lavastromen uit Chili, Tahiti, Hawaii, de Caraïben en de Canarische Eilanden. Het team verzamelde monsters van deze lavastromen gedurende verschillende veldseizoenen.

"Lavastromen zijn ideale opnemers van het magnetische veld. Ze bevatten veel ijzerhoudende mineralen, en als ze afkoelen, ze sluiten in de richting van het veld, ', zegt Singer. 'Maar het is een vlekkerige plaat. Er zijn geen vulkanen die continu uitbarsten. We vertrouwen dus op zorgvuldig veldwerk om de juiste records te identificeren."

De onderzoekers combineerden magnetische metingen en radio-isotoopdatering van monsters van zeven lavastroomsequenties om het magnetische veld te recreëren over een spanwijdte van ongeveer 70, 000 jaar gecentreerd op de Matuyama-Brunhes omkering. Ze vertrouwden op verbeterde methoden die zijn ontwikkeld in het WiscAr-geochronologielab van Singer om de lavastromen nauwkeuriger te dateren door het argon te meten dat wordt geproduceerd door radioactief verval van kalium in de rotsen.

Ze ontdekten dat de uiteindelijke omkering snel was volgens geologische normen, minder dan 4, 000 jaar. Maar er ging een lange periode van instabiliteit aan vooraf met twee excursies:tijdelijke, gedeeltelijke omkeringen - nog eens 18 terugtrekken, 000 jaar. Die tijdspanne is meer dan twee keer zo lang als gesuggereerd door recente voorstellen dat alle omkeringen eindigen binnen 9, 000 jaar.

De lavastroomgegevens werden bevestigd door magnetische metingen van de zeebodem, die een meer continue maar minder nauwkeurige gegevensbron biedt dan lavastenen. De onderzoekers gebruikten ook Antarctische ijskernen om de afzetting van beryllium te volgen, die wordt geproduceerd door kosmische straling die in botsing komt met de atmosfeer. Wanneer het magnetische veld omkeert, het verzwakt en laat meer straling toe om de atmosfeer te treffen, meer beryllium produceren.

Sinds de mensheid de sterkte van het magnetische veld begon te registreren, het is elke eeuw met ongeveer vijf procent in kracht afgenomen. Zoals platen zoals Singer's show, een verzwakkingsveld lijkt een voorbode te zijn van een eventuele omkering, hoewel het verre van duidelijk is dat een ommekeer op handen is.

Een omkerend veld kan de navigatie en satelliet- en terrestrische communicatie aanzienlijk beïnvloeden. Maar de huidige studie suggereert dat de samenleving generaties zou hebben om zich aan te passen aan een lange periode van magnetische instabiliteit.

"Ik werk al 25 jaar aan dit probleem, " zegt zanger, die tegen het paleomagnetisme aanliep toen hij zich realiseerde dat de vulkanen die hij bestudeerde, dienden als een goed verslag van de magnetische velden van de aarde. "En nu hebben we een rijker en beter gedateerd record van deze laatste ommekeer dan ooit tevoren."