کشفی که پرسشهای جدی درباره مدتزمان واقعی این وارونگیها و پیامدهای احتمالی وارونگی بعدی برای ما مطرح میکند.
وارونگی میدان مغناطیسی زمین، در مقیاس زمانی زمینشناسی، پدیدهای نسبتاً منظم به شمار میرود. در حدود ۱۷۰ میلیون سال گذشته، نزدیک به ۵۴۰ بار قطبهای مغناطیسی زمین جابهجا شدهاند و شواهد نشان میدهد این فرایند برای میلیاردها سال در تاریخ سیاره ما رخ داده است. با این حال، بررسیهای جدید نشان میدهد که همه این وارونگیها یکسان نبودهاند.
حدود ۴۰ میلیون سال پیش، اتفاقی متفاوت رخ داده است. یک گذار مغناطیسی در آن دوره حدود ۱۸ هزار سال طول کشیده و گذار دیگری دستکم ۷۰ هزار سال به درازا انجامیده است. این مدتزمانها بسیار طولانیتر از بازهای حدود ۱۰ هزار سال است که دانشمندان معمولاً بهعنوان زمان «نرمال» برای یک وارونگی کامل در نظر میگیرند.
یوهجی یاماموتو، دیرینهمغناطیسشناس دانشگاه کوچی ژاپن و نویسنده اصلی این پژوهش، میگوید: «این یافته، فرایند وارونگیای فوقالعاده طولانی را آشکار کرد که درک متعارف ما را به چالش میکشد و واقعاً ما را شگفتزده کرده است.» او توضیح میدهد که تنوع در مدتزمان وارونگیها، بازتابی از پویاییهای درونی ژئودیناموی زمین است؛ همان سامانهای که در هسته بیرونی سیاره ما میدان مغناطیسی را تولید میکند. به گفته او، این نتایج نشان میدهد که وارونگیهای ژئومغناطیسی میتوانند بسیار طولانیتر از آن چیزی باشند که پیشتر تصور میشد.
برای رسیدن به این نتایج، تیم پژوهشی یک هسته رسوبی را که از بستر اقیانوس اطلس شمالی، در نزدیکی سواحل نیوفاندلند استخراج شده بود، بررسی کردند. درون این رسوبات، بلورهای بسیار ریزی وجود دارد که هنگام تهنشین شدن، جهت میدان مغناطیسی زمین را در خود «ثبت» میکنند. به این ترتیب، لایههای رسوبی مانند آرشیوی طبیعی از تاریخ میدان مغناطیسی سیاره عمل میکنند.
پژوهشگران در این مطالعه بهطور خاص لایهای به ضخامت حدود ۸ متر را بررسی کردند که بخشی از دوران ائوسن را نمایندگی میکند. در این بخش از هسته رسوبی، تغییر قطبیت مغناطیسی بهوضوح دیده میشد، اما نکته عجیب این بود که این تغییر در گسترهای بسیار وسیعتر از حد انتظار رخ داده بود. تحلیلها نشان داد که در این بازه زمانی، دو وارونگی مجزا اتفاق افتاده است: یکی حدود ۱۸ هزار سال و دیگری حدود ۷۰ هزار سال به طول انجامیده است.
مدلسازیهای رایانهای که پژوهشگران انجام دادند، نشان میدهد که در برخی شرایط، چنین فرایندهایی حتی میتوانند تا حدود ۱۳۰ هزار سال نیز ادامه پیدا کنند؛ هرچند تاکنون نمونهای با چنین طول مدتی در رکورد زمینشناسی مشاهده نشده است. با این حال، همین امکان نظری نشان میدهد که ژئودیناموی زمین میتواند رفتارهایی بسیار پیچیدهتر از آنچه قبلاً تصور میشد از خود نشان دهد.
وارونگیهای میدان مغناطیسی ناشی از تغییرات در هسته بیرونی زمین هستند؛ لایهای به ضخامت حدود ۲۲۰۰ کیلومتر که عمدتاً از آهن و نیکل مذاب تشکیل شده است. حرکتهای همرفتی در این فلزات مایع، همراه با چرخش زمین، نوعی «دینامو» ایجاد میکند که میدان مغناطیسی سیاره را میسازد. این میدان بهطور مداوم در حال نوسان و تغییر است، اما گاهی این نوسانات به بیثباتیهایی میانجامد که در نهایت باعث جابهجایی قطبهای مغناطیسی میشود.
در هنگام وارونگی، خود سیاره واژگون نمیشود؛ بلکه آنچه تغییر میکند، جهت میدان مغناطیسی است. در نتیجه، قطب شمال مغناطیسی به قطب جنوب مغناطیسی تبدیل میشود و برعکس. اگر چنین رویدادی در زمان ما رخ دهد، قطبنماها برای هزاران سال رفتاری سردرگم خواهند داشت تا زمانی که میدان در جهت تازه تثبیت شود.
یافتههای جدید تنها به طولانی بودن این وارونگیها اشاره نمیکند، بلکه نشان میدهد این فرایندها «آشفتهتر» و متغیرتر از آن چیزی بودهاند که انتظار میرفت. پژوهشگران در دادههای خود چندین «بازگشت» یا rebound مشاهده کردند؛ دورههایی که در آن میدان مغناطیسی ظاهراً در تعیین جهت نهایی خود مردد بوده و چند بار تغییر مسیر داده است. این رفتار با آنچه در آخرین وارونگی بزرگ زمین، یعنی وارونگی برونهِس–ماتویاما مشاهده شده، همخوانی دارد.
وارونگی برونهِس–ماتویاما حدود ۷۷۵ هزار سال پیش رخ داد. پژوهشی در سال ۲۰۱۹ نشان داد که این وارونگی حدود ۲۲ هزار سال طول کشیده است. چنین شواهدی این احتمال را تقویت میکند که وارونگیهای طولانی و پیچیده ممکن است قاعده باشند، نه استثنا.
پژوهشگران در مقاله خود مینویسند که وقوع چندین بازگشت در جریان یک وارونگی پدیدهای بیسابقه نیست و احتمالاً این پیچیدگی ذاتی وارونگیهای قطبیت است. به بیان دیگر، تغییر قطبهای مغناطیسی رویدادی ساده و خطی نیست، بلکه فرایندی پویا، چندمرحلهای و تا حدی آشوبناک است.
این یافتهها پیامدهای مهمی برای آینده دارند. یکی از کارکردهای اساسی میدان مغناطیسی زمین، محافظت از سیاره در برابر تابشهای پرانرژی کیهانی و ذرات باردار خورشیدی است. میدان مغناطیسی همچون سپری نامرئی عمل میکند و بخش عمدهای از این تابشها را منحرف میسازد. در دورههای وارونگی، این سپر ممکن است ضعیفتر شود یا ساختار آن پیچیدهتر گردد.
اگر وارونگیها دهها هزار سال طول بکشند، آنگاه زمین برای مدتزمانی طولانیتر در معرض سطوح بالاتری از تابشهای کیهانی قرار خواهد گرفت. این افزایش تابش میتواند پیامدهایی برای سامانههای زیستی و اقلیمی داشته باشد، هرچند هنوز برای تعیین دقیق اثرات آن به پژوهشهای بیشتری نیاز است.
پیتر لیپرت، دیرینهمغناطیسشناس دانشگاه یوتا، میگوید که چنین سناریویی به معنای قرار گرفتن عرضهای جغرافیایی بالا—و در واقع کل سیاره—در معرض نرخها و مدتزمانهای بیشتری از تابش کیهانی است. به گفته او، منطقی است که انتظار داشته باشیم نرخ جهشهای ژنتیکی افزایش یابد. همچنین احتمال فرسایش بخشی از جو زمین نیز مطرح است.
با این حال، باید تأکید کرد که وارونگیهای مغناطیسی در گذشته بارها رخ دادهاند و حیات بر زمین از آنها جان سالم به در برده است. بنابراین، هرچند چنین رویدادی میتواند چالشهایی ایجاد کند، بهمعنای یک فاجعه آنی یا پایان حیات نیست. با این حال، در دنیای مدرن که به سامانههای ماهوارهای، شبکههای برق و فناوریهای حساس وابسته است، تضعیف میدان مغناطیسی میتواند اثرات فناورانه و اقتصادی گستردهای داشته باشد.
شناخت بهتر رفتار ژئودیناموی زمین نهتنها برای فهم گذشته سیاره اهمیت دارد، بلکه برای آمادگی در برابر آینده نیز حیاتی است. اگر وارونگی بعدی طولانیتر و پیچیدهتر از تصور قبلی باشد، باید پیامدهای آن را در برنامهریزیهای علمی، فناورانه و حتی زیستمحیطی در نظر گرفت.
این پژوهش تصویری تازه از پویایی درونی زمین ارائه میدهد؛ سیارهای که در ظاهر پایدار به نظر میرسد، اما در اعماق خود همواره در حال تغییر و تحول است. میدان مغناطیسی زمین، که زندگی را از خطرات کیهانی محافظت میکند، خود محصول فرایندهایی است که میتوانند گاه آرام، گاه بیثبات و گاه شگفتآور باشند. کشف وارونگیهای کند ۴۰ میلیون سال پیش یادآور این واقعیت است که طبیعت همیشه از آنچه انتظار داریم پیچیدهتر است، و فهم دقیقتر آن نیازمند دادههای بیشتر، مدلهای بهتر و نگاههای تازهتر خواهد بود.
