آیا قطب‌های مغناطیسی زمین درحال جابه‌جایی هستند؟

در اعماق زمین، آهن مایع جریان دارد و میدان مغناطیسی زمین را ایجاد می‌کند که از اتمسفر و ماهواره‌های ما دربرابر تابش‌های مضر خورشید محافظت می‌کند. این میدان در طول زمان تغییر می‌کند و در نقاط مختلف زمین نیز رفتارهای متفاوتی دارد. میدان مذکور حتی می‌تواند قطبیت خود را به‌طور کامل تغییر دهد و جای قطب مغناطیسی جنوب با قطب مغناطیسی شمال عوض شود. این پدیده وارونگی خوانده می‌شود و آخرین بار ۷۸۰ هزار سال پیش رخ داده است.

بین آمریکای جنوبی و آفریقای جنوبی منطقه‌ی مغناطیسی اسرارآمیزی وجود دارد که ناهنجاری جنوب اقیانوس اطلس خوانده می‌شود که در آن میدان مغناطیسی بسیار ضعیف‌تر از حد انتظار است. تصور می‌شود میدان‌های ضعیف و ناپایدار مقدمه‌ی وارونگی‌های مغناطیسی باشند، بنابراین برخی چنین استدلال کرده‌اند که این ویژگی ممکن است گواه بر این باشد که چنین پدیده‌ای درحال رخ دادن است.

مطالعه‌ی جدیدی که در مجله‌ی PNAS منتشر شده است، کشف کرده است که این میدان در اطلس جنوبی تا چه مدت رفتار نابه‌هنجاری داشته است و این موضوع را روشن می‌کند که آیا چیزی برای نگرانی وجود دارد.

میدان مغناطیسی در سطح زمین، ناهنجاری جنوب اقیانوس اطلس به رنگ سیاه و سنت هلن با ستاره مشخص شده است. رنگ‌ها طیفی از میدان‌های ضعیف (آبی) تا میدان‌های قوی (زرد) را نشان می‌دهند

میدان‌های مغناطیسی ضعیف، ما را دربرابر طوفان‌های مغناطیسی آسیب‌پذیرتر می‌کنند. طوفان‌های مغناطیسی دارای این پتانسیل هستند که زیرساخت‌های الکترونیکی ما ازجمله شبکه‌های برق را تخریب کنند. درحال‌حاضر، میدان مغناطیسی ناهنجاری جنوب اقیانوس اطلس چنان ضعیف است که می‌تواند روی ماهواره‌ها و فناوری آن‌ها هنگام عبور از آن، تاثیر نامطلوب بگذارد. تصور می‌شود این منطقه‌ی عجیب مرتبط با تکه‌ای از میدان مغناطیسی باشد که نسبت‌به مناطق دیگر در بالای هسته‌ی بیرونی مایع سیاره در عمق ۲۸۸۹ کیلومتری درون زمین، به جهت متفاوتی اشاره دارد.

این تکه‌ی دارای شار معکوس طی ۲۵۰ سال گذشته رشد کرده است. اما نمی‌دانیم که آیا این فقط محصول جانبی حرکات نامنظم مایع هسته‌ی بیرونی بوده یا اینکه جدیدترین مورد از مجموعه‌ای از ناهنجاری‌ها درون این منطقه‌ی خاص در مقیاس زمانی طولانی‌مدت است. اگر این مورد، ویژگی برگشت‌پذیری نباشد، مکان فعلی آن اهمیتی ندارد، ممکن است در هر جایی و شاید به‌طور تصادفی اتفاق افتد. اما اگر برگشت‌پذیر باشد، این سوال وجود دارد که آیا اندازه و عمق درحال افزایش آن می‌تواند نشانگر آغاز وارونگی جدیدی باشد. اگر این مورد، جدیدترین مورد از سلسله مشخصه‌هایی باشد که طی میلیون‌ها سال درحال رخ دادن بوده است، در این صورت احتمال وقوع وارونگی کمتر است. اما باید بتوانیم توضیح دهیم که چه چیزی موجب می‌شود میدان مغناطیسی در این منطقه‌ی خاص رفتار عجیبی داشته باشد.

پژوهشگران برای درک این مساله به جزیره‌ی سنت هلن مسافرت کردند که در میان اقیانوس اطلس جنوبی قرار گرفته است. این جزیره که ناپلئون به آن‌جا تبعید شد و سرانجام در سال ۱۸۲۱ درگذشت، از سنگ‌های آتشفشانی ساخته شده است. این سنگ‌ها از دو آتشفشان جداگانه سرچشمه گرفته‌اند که حدود ۸ تا ۱۱/۵ میلیون سال پیش فوران کردند.

وقتی سنگ‌های آتشفشانی سرد می‌شوند، دانه‌های کوچک اکسید آهن درون آن‌ها مغناطیسی شده و جهت و قدرت میدان مغناطیسی زمین را در آن زمان و مکان در خود ذخیره می‌کنند. پژوهشگران تعدادی از این سنگ‌ها را جمع‌آوری کرده و آن‌ها را به آزمایشگاه خود در لیورپول بردند. آن‌ها در این آزمایشگاه آزمایش‌هایی برای درک این موضوع انجام دادند که میدان مغناطیسی زمین در زمان فوران به چه صورت بوده است.

سنت هلن، جایی که میدان مغناطیسی زمین رفتار عجیبی دارد

نتایج بررسی‌های پژوهشگران نشان داد که میدان مغناطیسی سنت هلن در زمان فوران دارای جهت‌های بسیار متفاوتی بوده است که نشان می‌دهد میدان در این منطقه نسبت‌به مناطق دیگر از ثبات بسیار کمتری برخوردار بوده است. بنابراین، نتایج جدید این ایده را به چالش می‌کشاند که این ناهنجاری چند قرن بیشتر قدمت ندارد. درعوض، کل منطقه احتمالا در بازه‌ی زمانی میلیون‌ها سال ناپایدار بوده است. براین‌اساس، وضعیت کنونی آنچنان که برخی دانشمندان تصور کرده بودند، نادر نیست، به این ترتیب احتمال کمتری وجود دارد که این ناهنجاری نشان‌دهنده‌ی آغاز یک وارونگی باشد.

بنابراین چه چیزی می‌تواند این منطقه‌ی مغناطیسی عجیب را توضیح دهد؟ هسته‌ی بیرونی مایع که این منطقه را ایجاد می‌کند، با چنان سرعتی در حرکت است که این تغییرات می‌تواند در مقیاس‌های زمانی کوتاه انسانی رخ دهد. هسته‌ی خارجی با لایه‌ای که جبه (گوشته) نامیده می‌شود و روی آن قرار دارد که سرعت حرکت آن بسیار کندتر است، در تعامل است. این بدان معنا است که احتمالا جبه در طی ده میلیون سال گذشته تغییر زیادی نکرده است.

ساختار درونی زمین

پژوهشگران از امواج لرزه‌ای که از زمین می‌گذرند، بینشی درمورد ساختار جبه حاصل کرده‌اند. زیر آفریقا مشخصه‌ی بزرگی در پایین‌ترین بخش جبه وجود دارد که امواج در آن با سرعت بسیار کمی از زمین می‌گذرند، یعنی این احتمال وجود دارد که یک منطقه‌ای به‌طور غیرعادی گرم، در پایین‌ترین بخش جبه وجود داشته باشد. این موضوع احتمالا موجب تعامل متقاوتی با هسته‌ی بیرونی در آن مکان خاص می‌شود که می‌تواند رفتار عجیب میدان مغناطیسی را در اطلس جنوبی توضیح دهد.

‌یکی دیگر از جنبه‌های درون زمین، هسته‌ی درونی است که توپی جامد به اندازه‌ی سیاره‌ی پلوتون است که زیر هسته‌ی بیرونی قرار گرفته است. این مشخصه‌ی جامد به آرامی درحال رشد است اما نرخ رشد آن درتمام مناطق برابر نیست. این احتمال وجود دارد که مشخصه‌ی مذکور از یک سمت با سرعت بیشتری درحال رشد باشد و موجب جریانی درون هسته‌ی خارجی ‌شود که به مرز بیرونی با جبه‌ی سنگی درست زیر نیمکره‌ی آتلانتیک برسد. این امر ممکن است موجب رفتار نامنظم میدان مغناطیسی در مقیاس‌های زمانی طولانی مدت شود که در سنت هلن دیده شده است.

اگرچه هنوز سوال‌های زیادی درمورد علت دقیق این رفتار نامنظم در اطلس جنوبی وجود دارد، این مطالعه نشان می‌دهد چنین پدیده‌ای میلیون‌ها سال است که وجود دارد و احتمالا نتیجه‌ای تعاملات ژئوفیزیکی در فضای مرموز درون زمین است.