Деревья возрастом 42 000 лет позволяют провести точный анализ последнего изменения магнитного поля Земли

Последнее полное изменение магнитного поля Земли, так называемое Лашамское событие, произошло 42 тыс. лет назад. Радиоуглеродный анализ останков деревьев каури из Новой Зеландии впервые позволил точно определить время и проанализировать это событие и связанные с ним последствия, а также откалибровать геологические архивы, такие как осадочные и ледяные керны этого периода. Проведенное моделирование показывает, что сильное уменьшение магнитного поля имело значительные последствия в атмосфере Земли. Это показала международная группа специалистов под руководством Криса Терни из австралийского Университета Нового Южного Уэльса при участии Норберта Новачика из Немецкого исследовательского центра геонаук в Потсдаме и Флориана Адольфи из Института Альфреда Вегенера в исследовании, результаты которого опубликованы в журнале Science.

Магнитное поле Земли испытывает постоянные флуктуации, а иногда даже происходит смена полярности. Их причины, протекание и последствия до конца не изучены. Теперь ученые более детально изучили так называемое Лашамское событие. Оно относится к последнему полному изменению полярности магнитного поля Земли около 42 тыс. лет назад. Магнитное поле не только изменило направление, но и резко потеряло силу в течение нескольких сотен лет

Около 42 тыс. лет назад северный магнитный полюс переместился на юг. В ходе этого процесса, продолжавшегося около 500 лет, магнитное поле ослабло на шесть-ноль процентов. В течение примерно 500 лет полюса оставались противоположными, напряженность поля составляла менее 28% от сегодняшнего значения, а затем вновь изменилась на противоположную в течение примерно 250 лет.

Древнее бревно дерева каури из Нгава, Новая Зеландия. Credit: Nelson Parker

Такая точная хронологическая классификация стала возможной благодаря соединению различных наборов данных. Во-первых, исследователи использовали результаты изучения магнитного поля Земли по кернам осадочных пород Черного моря, полученные Норбертом Новачиком и его командой в 2013 г., которые были сопоставлены с кернами гренландского льда по климатическим изменениям, зафиксированным в то же время.

Во-вторых, точный анализ и датировка событий стали возможны только благодаря радиоуглеродному (14C) анализу суб-окаменелого дерева каури, которое росло в болотах Нгава на севере Новой Зеландии в течение примерно 1700 лет в рассматриваемый период и впоследствии очень хорошо сохранилось в болотах.

Крис Терни сообщил об этой находке, относящейся к периоду около 40 000 лет назад, во время визита в Немецкий исследовательский центр геонаук в Потсдаме (GFZ) несколько лет назад. «Как геомагнитолог, я сразу же уловил связь с Лашамским событием и предложил провести анализ 14С, который еще не проводился для деревьев того времени», — говорит Новачик, возглавляющий лабораторию палео- и горного магнетизма в GFZ.

История вопроса: С уменьшением магнитного поля Земля, по крайней мере частично, теряет важный защитный экран от космического излучения. Это отражается и в повышении содержания радиоактивного изотопа углерода 14C в деревьях. Причиной этого является повышенное образование 14C в атмосфере Земли при бомбардировке азота высокоэнергетическими электрически заряженными космическими частицами.

«Ископаемые деревья каури представляют собой интересный архив состава атмосферы, — говорит Флориан Адольфи, палеоклиматолог из Института Альфреда Вегенера, Центра полярных и морских исследований имени Гельмгольца (AWI). Эти деревья могут жить несколько тысяч лет и по мере роста фиксируют ежегодные изменения содержания радиоуглерода в атмосфере, которые исследовательская группа точно измерила.

«Эти данные улучшают калибровочную кривую для радиоуглеродного датирования, что позволяет более точно датировать широкий спектр климатических архивов и окаменелостей. Они также позволяют проводить прямое сравнение с ледяными кернами: изотопы бериллия, измеренные в них, показывают сходные вариации с радиоуглеродом в деревьях, поскольку производство обоих изотопов в земной атмосфере зависит от интенсивности космических лучей, попадающих на Землю», — поясняет соавтор исследования. Он использует этот эффект, чтобы с высокой точностью синхронизировать деревья и ледяные керны и уменьшить погрешность сравнения двух архивов с нескольких тысяч лет до примерно 100 лет.

Для дальнейшего изучения влияния слабого магнитного поля Земли на атмосферу, а значит, и на глобальный климат, исследователи провели моделирование химического состава атмосферы. Среди прочего они обнаружили уменьшение содержания озона. «Нефильтрованное излучение из космоса разрушало частицы воздуха в атмосфере Земли, отделяя электроны и испуская свет — этот процесс называется ионизацией», — поясняет Терни. Ионизированный воздух «испепелил» озоновый слой». Это вызвало волну изменений в атмосфере, включая усиление ослепительного светового шоу, известного нам как aurora borealis, которое в то время можно было наблюдать не только вблизи полюсов, но и по всему земному шару.

Важно в дальнейшем проанализировать влияние слабого магнитного поля в этом направлении с учетом современных событий, считает Новачик. Ведь магнитное поле Земли ослабевает уже около 2000 лет. По сравнению с первыми прямыми измерениями 170 лет назад наблюдалось ослабление на девять процентов, а в районе Южной Атлантики даже на тридцать процентов. Означает ли это, что в ближайшие одну-две тысячи лет произойдет разворот полюсов, вопрос спорный. Однако разрушение естественного радиационного щита стало бы серьезным вызовом современному обществу, в значительной степени основанному на электронике.

Исходя из новых возможностей хронологической классификации событий 42 тыс. лет назад, основные авторы исследования выдвигают еще более далеко идущие гипотезы о последствиях изменения магнитного поля Земли — например, в отношении вымирания неандертальцев или появления наскальных рисунков. Новачик не исключает возможности существования здесь причинно-следственных связей, но считает это маловероятным.

Ссылки: «Глобальный экологический кризис 42 тыс. лет назад» Алан Купер, Крис С.М. Терни, Джонатан Палмер, Алан Хогг, Мэтт Макглоун, Джанет Уилмшерст, Эндрю М. Лоррей, Тимоти Дж. Хитон, Джеймс М. Рассел, Кен МакКракен, Жюльен Г. Анет, Евгений Розанов, Марина Фридель, Иво Сутер, Томас Петер, Раймунд М ушелер, Флориан Адолфи, Энтони Доссето, Дж. Tyler Faith, Pavla Fenwick, Christopher J. Fogwill, Konrad Hughen, Mathew Lipson, Jiabo Liu, Norbert Nowaczyk, Eleanor Rainsley, Christopher Bronk Ramsey, Paolo Sebastianelli, Yassine Souilmi, Janelle Stevenson, Zoë Thomas, Raymond Tobler and Roland Zech, 19 February 2021, Science . DOI: 10.1126/science.abb867