Артефакти от желязната епоха разкриват интензивна историческа магнитна аномалия в Близкия изток. Може ли използването на подобен подход другаде да ни помогне да разгадаем мистериите на магнитното поле на Земята?
През 2008 г. Ерез Бен-Йосеф открива парче „боклук“ от желязната епоха и неволно разкрива най-силната аномалия на магнитното поле, откривана някога.
Бен-Йосеф, археолог в университета в Тел Авив, е работил в Южна Йордания с Рон Шаар, който е анализирал археологически материали около Леванта. Шаар, геолог в Еврейския университет в Йерусалим, е съставял запис на магнитното поле в района.
ОЩЕ: Слабо място в магнитното поле: аномалия в Южния Атлантик буди безпокойство сред учените
Парчето медна шлака – отпадъчен страничен продукт от коването на метали – което са открили, е регистрирало интензивен пик в магнитното поле на Земята преди около 3000 години.
Когато екипът на Бен-Йосеф за първи път описва откритието си, много геофизици са скептични, защото магнитутът на скока е безпрецедентен в геоложката история. „Няма модел, който да може да обясни такъв скок“, казва Бен-Йосеф пред Live Science.
Затова Шаар работи усилено, за да им предостави повече доказателства. След като анализират и описват проби от региона в продължение на повече от десетилетие, аномалията е приета от изследователската общност и е наречена Аномалия на Левантинската желязна епоха (LIAA). От около 1100 до 550 г. пр.н.е. магнитното поле, излъчвано от Близкия изток, се е колебало в интензивни пикове.
ОЩЕ: Хомо сапиенс оцелял при смяната на магнитните полюси с древен крем и топло облекло
Шаар и Бен-Йосеф използват сравнително нова техника, наречена археомагнетизъм. С този метод геофизиците могат да надникнат в магнитните частици в археологически материали като метални отпадъци, керамика и строителен камък, за да пресъздадат магнитното минало на Земята.
Тази техника има някои предимства пред традиционните методи за реконструкция на магнитното поле на Земята, особено за изучаване на сравнително близкото минало.
Обикновено учените изучават миналото на магнитното поле на Земята, като разглеждат снимки, заснети в скалите, докато са се охлаждали и са се втвърдявали. Но образуването на скали не се случва често, така че в по-голямата си част то дава на учените поглед към магнитното поле на Земята преди стотици хиляди до милиони години или след сравнително редки събития като вулканични изригвания.
ОЩЕ: Растяща аномалия в магнитното поле на Земята: NASA следи с тревога
Данните за миналото на магнитното поле ни помагат да разберем „геодинамото“ – двигателя, който генерира защитното магнитно поле на нашата планета. Това поле се генерира от течно желязо, бавно движещо се около външното ядро на планетата, и това движение може също да повлияе, а от своя страна и да бъде повлияно от процесите в мантията, средния слой на Земята. Така че разликите в магнитното поле намекват за сътресения, бушуващи дълбоко под повърхността, в геодинамото на Земята.
„Не можем директно да наблюдаваме какво се случва във външното ядро на Земята – казва Шаар. – Единственият начин да измерим индиректно какво се случва в ядрото, е като наблюдаваме промените в геомагнитното поле.“
Познаването на това как се е държало магнитното поле в миналото, може да ни помогне да предвидим неговото бъдеще. А някои изследвания показват, че магнитното поле на нашата планета отслабва с течение на времето. Магнитното поле ни предпазва от смъртоносна космическа радиация, така че отслабването му може да доведе до прекъсване на сателитните комуникации и потенциално да увеличи риска от рак. В резултат на това прогнозирането на магнитното поле въз основа на неговото поведение в миналото става все по-важно. Но данните от наблюденията за интензитета на магнитното поле започват едва през 1832 г., така че е трудно да се правят прогнози за бъдещето, ако само смътно разбираме силите, които са управлявали магнитното поле в миналото. Археомагнетизмът започва да запълва тези празнини.
Как виждаме магнитното поле от археологически артефакт?
Археомагнетизмът се възползва от овладяването на земята около нас от нашите предци – те започнали да строят огнища, да правят тухли и керамика и в крайна сметка да топят метали.
ОЩЕ: Чудовищни структури дълбоко под Тихия океан застрашават стабилността на магнитното поле на Земята
Във всяка от тези задачи материалите се нагряват до високи температури. При достатъчно високи температури топлинната енергия кара частиците вътре в материала да танцуват. След това, когато материалът се извади от огъня и се охлади, магнитно чувствителните частици вътре естествено се ориентират в посока на магнитното поле на Земята, като миниатюрни стрелки на компас. Те се „заклещват“ на място, докато материалът се втвърдява, и ще запазят тази магнитна ориентация, освен ако материалът не се нагрее отново.
Утаените магнитни частици в археологически артефакт предлагат уникална снимка на магнитното поле по времето, когато материалът е бил последно горещ. Тази снимка е регионална, обхващаща радиус от около 500 километра около пробата – мащабът, в който се смята, че магнитното поле е равномерно, казва Шаар. Когато пробата се датира с радиовъглерод или други техники, учените могат да започнат да изграждат хронологичен запис на магнитното поле на даден район.
Тези артефакти са толкова полезни за геофизиците, защото магнитното поле на Земята постоянно се измества. Например през 2001 г. магнитният северен полюс е бил по-близо до най-северната част на Канада, но до 2007 г. той се е преместил с над 320 км по-близо до географския северен полюс. Това е така, защото два големи „лоба“ от силен магнетизъм, наречени флуксни петна, във външното ядро под Канада и Сибир действат като фунии за магнитното поле, привличайки го към Земята. С изместването на тези лобове те движат магнитния север.
И докато повечето линии на магнитното поле на планетата вървят от север на юг, около 20% се отклоняват, завихряйки се, за да образуват вихрушки, наречени магнитни аномалии.
Именно тези аномалии изследователите се борят да обяснят и които артефактите биха могли да разкрият.
ОЩЕ: Северният магнитен полюс отново се измести. Ето защо това има значение
Развиваща се област
Въпреки че археомагнетизмът съществува от 50-те години на миналия век, технологиите за измерване на магнитно поле, като магнитометъра, оттогава са се подобрили драстично. Усъвършенстваните техники за статистически анализ вече позволяват и много по-подробна интерпретация на археомагнитните данни.
За да съберат всички данни на едно място и да синтезират нашето разбиране за магнитното поле на Земята, учените са започнали да изграждат глобална база данни, наречена Geomagia50, която се намира в Института за скален магнетизъм към Университета в Минесота. Но дори и с нарастващата популярност на техниката, има много пречки пред широкото ѝ приложение.
„Оборудването е доста скъпо“, казва Максуел Браун, геофизик от Университета в Минесота. Най-прецизните магнитометри може да струват между 700 000 и 800 000 долара, каза Браун. „Така че има само няколко лаборатории в [Съединените щати], които разполагат с такъв.“
В резултат около 90% от данните в базата данни Geomagia50 идват от Европа, казва Браун. Африка няма нито един магнитометър, достъпен за геофизиците за археомагнитно вземане на проби, което означава, че магнитната снимка на континента е до голяма степен празна. Освен това в момента няма начин средностатистическият археолог да изпрати своите артефакти за вземане на проби, добавя Бен-Йосеф. Всеки, който няма магнитометър, трябва да установи официално партньорство с някой, който има такъв.
Липсата на глобални данни ограничава разбирането ни за това какво е правило магнитното поле в близкото минало. „Очевидно имаме много силно пристрастие [към Европа] в разпределението на данните“, казва Моника Корте, геофизик и магнитен моделатор в германския Център за геонауки GFZ Helmholtz. „Където имаме оскъдни данни, имаме само много размазана картина, много груба представа за това какво се случва.“
ОЩЕ: Зловещите звуци, които Земята издава при смяна на магнитните полюси (ВИДЕО)
Географското разнообразие е важно, тъй като проби, взети от една област, могат да покажат магнитното поле само в тази област.
Например други данни, подобни на интензивните пикове на магнитната сила на аномалията от Левантинската желязна епоха, са били забелязани и на места като Китай и Корея около желязната епоха, но няма достатъчно доказателства, за да се потвърдят тези аномалии или да се каже дали са свързани с аномалията от Левантинската желязна епоха, казва Корте.
Защо трябва да научим повече за историческите аномалии?
Откриването на аномалията от Левантинската желязна епоха предефинира предишното ни разбиране за потенциалната сила на полето, казва Шаар. Разбирането на това колко много може да се промени магнитното поле може да изглежда като чисто абстрактно начинание, но тези древни колебания могат да имат последици за съвремието.
Друга важна аномалия е Южноатлантическата аномалия (ЮАА), регион с отслабено магнитно поле, който обхваща централна Южна Америка в ивица, завършваща близо до Южна Африка. Вероятно се е появила за първи път преди 11 милиона години, причинена от малката разлика в местоположението на магнитната ос и оста на въртене в ядрото на Земята. Тъй като магнитното поле е леко извън центъра спрямо оста на въртене, силата на полето над Южния Атлантик намалява, въпреки че взаимодействието на полето с кипящата мантия също може да допринесе за аномалията.
Южноатлантическата аномалия все още съществува днес и е нарушила комуникациите от спътници и Международната космическа станция, тъй като слабото магнитно поле в региона пропуска повече радиация от слънчевия вятър. Изучаването на ЮАА през цялата ѝ история е помогнало на учените да разберат как нашето магнитно поле се променя с течение на времето и как подобни аномалии променят вероятността от обръщане на магнитното поле, когато северният и южният полюс на Земята се обърнат.
ОЩЕ: НАСА откри невидимо електрично поле около Земята (ВИДЕО)
Но въпреки че учените имат разумно разбиране за Южноатлантическата аномалия, нейното отслабено магнитно поле е много различно от силните пикове на Левантинската желязна епоха, която озадачава геофизиците. И въпреки че изследователите не са определили точния обхват на аномалията, нейният привидно малък мащаб от около 1609 км, комбиниран с изключително високите пикове в магнитното поле, не е лесно обясним.
С най-актуалните археомагнитни данни, геомагнетистът Пабло Ривера от университета Комплутенсе в Мадрид публикува през януари статия, симулираща както Левантинската желязна епоха, така и Южноатлантическата аномалия. Чрез моделиране на движението им във времето, неговата работа предполага, че и двете аномалии може да са били повлияни от суперплюм под Африка – масивно петно от гореща скала на границата между ядрото и мантията, което може да наруши потока на геодинамото под него.
Въпреки това, много неща все още са неизвестни.
„Досега няма нито една симулация, която наистина да описва добре всички [магнитни] характеристики, които виждаме“, казва Корте.
Много археомагнитни данни от цял свят предполагат, че може да има повече пикове на интензитета, които биха могли да помогнат за разрешаването на мистерията и да създадат обединяваща теория, която да обясни аномалиите. Но в момента няма достатъчно данни, за да ги опишем точно или дори да започнем да разбираме причините им.
Сателитите обикновено са защитени от космическото лъчение от магнитното поле на Земята. Но на места, където полето е по-слабо, като например над Южноатлантическата аномалия, спътниците имат повече проблеми с паметта, тъй като радиацията бомбардира бордовите компютри и поврежда данните.
Запълване на картината
Въпреки разходите и техническите предизвикателства на археомагнетизма, има много инициативи за разширяване на количеството данни. В САЩ Институтът за скален магнетизъм разширява програмата си за археомагнетизъм, за да започне изграждането на по-задълбочена история на магнитното поле в Средния Запад, надявайки се да изгради своя собствена локализирана система за датиране, използвайки археомагнетизъм, подобна на данните, които Шаар и неговите сътрудници са изградили в Леванта.
ОЩЕ: Защо магнитните полюси на Земята се обръщат?
Интересът към археомагнетизма също нараства по целия свят. Първите данни за археомагнетизма от Камбоджа бяха публикувани през 2021 г., а първият регионален модел на магнитното поле на Африка за близкото минало беше публикуван през 2022 г.
С разрастването на областта на археомагнетизма учените могат да започнат да изграждат по-добро разбиране за това как характеристики като суперплюмове влияят на магнитното поле. Данните от последните 50 години са направили„само наистина малка снимка във времето“, казва Шаар, и „може би има още [аномалии] за откриване“.
