Земля обнажена без защитного барьера. Магнитный щит планеты окружает Землю и защищает ее от естественного натиска космических лучей. Но иногда щит ослабевает и колеблется, позволяя космическим лучам попадать в атмосферу, создавая поток частиц, который, по мнению ученых, может нанести ущерб биосфере.
Такое случалось много раз в истории нашей планеты, в том числе 41 000 лет назад во время события, получившего название «экскурсия Лашамса».
Космические лучи — это частицы высокой энергии, обычно протоны или атомные ядра, которые перемещаются в пространстве с релятивистскими скоростями. Обычно они отклоняются в космос и от Земли магнитным щитом планеты. Но щит — это естественное явление, и его сила колеблется, как и его ориентация. Когда это происходит, космические лучи попадают в атмосферу Земли.
Это создает поток вторичных частиц, называемых космогенными радионуклидами. Эти изотопы внедряются в отложения, ледяные керны и даже в структуру живых существ, таких как деревья. Существуют разные типы этих изотопов, в том числе такие, как кальций 41 и углерод 14.
Некоторые изотопы стабильны, некоторые радиоактивны. Радиоактивные имеют период полураспада от 20 минут (углерод 11) до 15,7 миллионов лет (ксенон 129).
Когда щит Земли ослабевает, большее количество этих изотопов достигает поверхности планеты и собирается в отложениях и льду. Изучая эти ядра и отложения, ученые смогут определить историю магнитного щита. Их наблюдения показывают, что Земля пережила геомагнитное отклонение или разворот 41 000 лет назад. Экскурсия Лашамса названа в честь потока лавы Лашамса во Франции, где геомагнитные аномалии выявили его возникновение.
Каждые несколько сотен тысяч лет магнитные полюса Земли меняются. Север становится Югом и наоборот. Между этими крупными событиями проходят более мелкие мероприятия, называемые экскурсиями. Во время экскурсий полюса на некоторое время перемещаются, не меняясь местами. Экскурсии ослабляют земной щит и могут длиться от нескольких тысяч до десятков тысяч лет. Когда это происходит, в атмосферу попадает больше космических лучей, создавая больше радионуклидов, которые падают на Землю.
В палеомагнитных исследованиях ученые часто сосредотачиваются на одном конкретном радиоактивном изотопе. Бериллий-10 имеет относительно длительный период полураспада (1,36 миллиона лет) и имеет тенденцию накапливаться на поверхности почвы.
Саня Пановска — научный сотрудник GFZ Potsdam, Германия, изучает геомагнетизм. На недавней Генеральной ассамблее Европейского союза геонаук (EGU) в 2024 году Пановска представила новое исследование экскурсии Лашампса. Она обнаружила, что во время экскурсии Лашамса производство Be 10 было вдвое выше обычного.
Чтобы более подробно понять экскурсию Лашамса, Пановска объединила космогенные радионуклиды и палеомагнитные данные, чтобы восстановить магнитное поле Земли в то время. Она обнаружила, что когда сила поля уменьшается, оно также сжимается. Переход от нормального поля к обращенному полю занял около 250 лет, и оно оставалось перевернутым около 440 лет. Во время перехода сила щита Земли уменьшится всего до 5% от ее нормальной силы. Когда он был полностью перевернут, его сила составляла около 25% от его обычной силы. Это ослабление позволило большему количеству Be 10 и другим космогенным радионуклидам достичь поверхности Земли.
![Каждая карта показывает интенсивность геомагнитного поля Земли на разных снимках во времени, согласно реконструкциям Пановской, которые ограничены как палеомагнитными данными, так и записями космогенных радионуклидов бериллия-10. DM означает дипольный момент, который является мерой полярности поля или разделения положительного и отрицательного. Возраст [ka BP] – это возрастные меры в тысячах лет до настоящего времени. Изображение предоставлено: Саня Пановска.](/wp-content/uploads/2024/05/Panovska-summary-map.jpg "41 000 лет назад щит Земли рухнул")
Эти радионуклиды не просто собираются в отложениях и льду. Некоторые из них радиоактивны. Ослабление щита также ослабило озоновый слой, позволив большему количеству ультрафиолетового излучения достичь поверхности Земли. Высотная атмосфера также остыла, что изменило ветровые потоки. Это могло вызвать радикальные изменения на поверхности Земли.
По этим причинам событие Лашампса связывают с вымиранием неандертальцев, вымиранием австралийской мегафауны и даже с появлением наскального искусства. Эти связи не выдержали научной проверки, но это не означает, что такие события, как событие в Лашампсе, не опасны. Если бы это произошло сейчас, это привело бы к отключению наших энергосетей. Экваториальная область Земли озарится полярными сияниями.
«Понимание этих экстремальных явлений важно для их возникновения в будущем, прогнозирования космического климата и оценки воздействия на окружающую среду и систему Земли», — сказала Пановска.
Ученые узнают, что магнитный щит не статичен. Есть аномалии. Одна из них — Южно-Атлантическая аномалия, регион, где магнитное поле у Земли наиболее слабое. Когда спутники проходят над этим регионом, они подвергаются более высокому уровню ионизирующего излучения. Аномалия, вероятно, вызвана резервуаром плотной породы внутри Земли, что иллюстрирует сложность магнитного щита.
Ученые не уверены в том, какое влияние оказывают космические лучи на жизнь, когда магнитный щит слаб. Заманчиво связать вымирания с такими событиями, как экскурсия в Лашампс, когда они совпадают во времени. Но полюса много раз менялись, ослаблялись и менялись местами, а жизнь все еще здесь и все еще процветает.
Если человечество просуществует достаточно долго, мы переживем один из этих поворотов. Тогда мы узнаем.
