De geschiedenis van onze planeet is geschreven, onder andere, in de periodieke omkering van zijn magnetische polen. Wetenschappers van het Weizmann Institute of Science stellen een nieuwe manier voor om dit historische record te lezen:in ijs. Hun bevindingen, die onlangs werden gemeld in Aardse en planetaire wetenschapsbrieven , zou kunnen leiden tot een verfijnde sondering van ijskernen en, in de toekomst, kan worden toegepast om de magnetische geschiedenis van andere lichamen in ons zonnestelsel te begrijpen, inclusief Mars en Jupiters maan Europa.

Het idee om een ​​mogelijk verband tussen ijs en de magnetische geschiedenis van de aarde te onderzoeken, ontstond ver van de bron van het ijs op de planeet - op het zonnige eiland Corsica, waar Prof. Oded Aharonson van de afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen van het Instituut, woonde een conferentie bij over magnetisme. Specifieker, de onderzoekers daar bespraken het veld dat bekend staat als paleo-magnetisme, die meestal wordt bestudeerd door middel van vlokken magnetische mineralen die zijn gevangen in rotsen of kernen die door oceaansedimenten zijn geboord. Dergelijke deeltjes worden uitgelijnd met het magnetische veld van de aarde op het moment dat ze op hun plaats worden opgesloten, en zelfs miljoenen jaren later, onderzoekers kunnen hun magnetische noord-zuid-uitlijning testen en de positie van de magnetische polen van de aarde op dat verre tijdstip begrijpen. Dit laatste bracht Aharonson op het idee:als kleine hoeveelheden magnetische materialen in oceaansedimenten konden worden waargenomen, misschien kunnen ze ook in ijs worden gevonden en worden gemeten. Een deel van het ijs dat bevroren is in de gletsjers op plaatsen als Groenland of Alaska is vele millennia oud en is gelaagd als boomringen. IJskernen die hier doorheen worden geboord, worden onderzocht op tekenen van onder meer de opwarming van de aarde of ijstijden. Waarom niet ook omkeringen in het magnetische veld?

De eerste vraag die Aharonson en zijn student Yuval Grossman, die het project leidden, moesten stellen, was of het mogelijk was dat het proces waarbij ijs wordt gevormd in regio's nabij de polen een detecteerbaar record van magnetische poolomkeringen zou kunnen bevatten. Deze willekeurig verdeelde omkeringen hebben plaatsgevonden in de geschiedenis van onze planeet, gevoed door de chaotische beweging van de vloeibare ijzeren dynamo diep in de kern van de planeet. In gestreepte rotsformaties en gelaagde sedimenten, onderzoekers meten het magnetische moment - de magnetische noord-zuid-oriëntaties - van de magnetische materialen daarin om het magnetische moment van het magnetische veld van de aarde op dat moment te onthullen. De wetenschappers dachten dat zulke magnetische deeltjes gevonden kunnen worden in het stof dat vast komt te zitten, samen met waterijs, in gletsjers en ijskappen.

Het onderzoeksteam bouwde een experimentele opstelling om ijsvorming te simuleren zoals die in polaire gletsjers, waar stofdeeltjes in de atmosfeer zelfs de kernen kunnen vormen waaromheen zich sneeuwvlokken vormen. De onderzoekers creëerden kunstmatige sneeuwval door ijs van gezuiverd water fijn te malen, een beetje magnetisch stof toevoegen, en het door een zeer koude kolom te laten vallen die was blootgesteld aan een magnetisch veld, de laatste met een oriëntatie gecontroleerd door de wetenschappers. Door zeer lage temperaturen aan te houden - rond de 30 graden Celsius onder nul, ze ontdekten dat ze miniatuur "ijskernen" konden genereren waarin de sneeuw en het stof stevig bevroor tot hard ijs.

"Als het stof niet wordt beïnvloed door een extern magnetisch veld, het zal zich in willekeurige richtingen vestigen die elkaar opheffen, "zegt Aharonson. "Maar als een deel ervan in een bepaalde richting wordt georiënteerd vlak voordat de deeltjes op hun plaats bevriezen, het netto magnetische moment zal detecteerbaar zijn."

Om het magnetisme te meten van de 'ijskernen' die ze in het lab hadden gemaakt, de Weizmann-wetenschappers namen ze mee naar de Hebreeuwse Universiteit in Jeruzalem, naar het lab van Prof. Ron Shaar, waar een gevoelige magnetometer is geïnstalleerd, kan de kleinste magnetische momenten worden gemeten. Het team vond een kleine, maar zeker detecteerbaar magnetisch moment dat overeenkwam met de magnetische velden die op hun ijsmonsters werden toegepast.

"De paleomagnetische geschiedenis van de aarde is bestudeerd vanaf het rotsachtige record; het lezen in ijskernen zou extra dimensies kunnen onthullen, of helpen bij het toewijzen van nauwkeurige data aan de andere bevindingen in die kernen, " zegt Aharonson. "En we weten dat de oppervlakken van Mars en grote ijzige manen zoals Europa zijn blootgesteld aan magnetische velden. Het zou spannend zijn om te zoeken naar omkeringen van het magnetische veld in ijs dat is bemonsterd uit andere lichamen in ons zonnestelsel."

"We hebben bewezen dat het mogelijk is, " voegt hij eraan toe. Aharonson heeft zelfs een onderzoeksproject voorgesteld voor een toekomstige ruimtemissie met bemonstering van ijskernen op Mars, en hij hoopt dat deze demonstratie van de haalbaarheid van het meten van een dergelijke kern de aantrekkingskracht van dit voorstel zal vergroten.