Геология как феноменологическая наука, или Вариации интенсивности магнитного поля Земли

0
1

Геология является феноменологической наукой. По этой причине измерение какого-либо неоднократно уже измеренного параметра, но в новой географической точке, может послужить фундаментом для строительства очередной пристройки в общем храме знаний.

Возвращаясь от абстрактных рассуждений к конкретным примерам, остановимся на принятой к печати в журнал Earth and Planetary Science Letters статье с названием, которое в смысловом переводе звучит следующим образом: «Создание первой записи интенсивности магнитного поля в юго-западной части Тихого океана». Интенсивность магнитного поля, зафиксированную в объектах исторического прошлого, в том числе в обожженной керамике, измеряли неоднократно, но в других регионах планеты. Новое в цитируемой статье заключается в таких измерениях, выполненных по керамике некоторых археологических стоянок Папуа Новой Гвинеи, Меланезии и Фиджи за последние примерно три тысячи лет. Эти данные немедленно преподнесли сюрпризы, требующие существенного пересмотра существующей модели, характеризующей изменения интенсивности магнитного поля Земли в недавнем прошлом.

На рис. 1 показаны ожидаемые вариации интенсивности магнитного поля Земли за последние три тысячи лет. Существующая модельная кривая является феноменологической и описывает результаты измерений палеоинтенсивности, полученные в различных регионах мира. Поскольку интенсивность современного магнитного поля изменяется в глобальном масштабе (рис. 2), для построения глобальной картины вариаций палеоинтенсивности магнитного поля необходимо максимально полное покрытие измерениями всей территории Земли. В текущей модели Тихий океан, занимающий почти треть всей земной поверхности, был большим белым пятном. Модельная кривая для этого региона определялась данными, полученными более четверти века назад по озерным осадкам северо-восточной Австралии.

Как видно из рис. 1, новые данные на некоторых промежутках времени существенно отличаются от модельной кривой. Особенно это заметно для промежутка времени примерно от 500 лет до н.э. до начала новой эры, когда измеренные значения практически в 2 раза отличаются от модельных и почти в 2 раза ниже значений, характерных для интенсивности современного магнитного поля Земли в районе Фиджи. Причем введение новых данных в модель, без какого-либо изменения других параметров слабо изменяет модельную кривую, что говорит либо о несоответствии предшествующих и новых данных, либо о том, что в модели «перевешивают» данные по Северному полушарию. Различия между новыми и старыми данными могут быть вызваны проблемой установления палеоинтенсивности в озерных отложениях, поскольку палеоинтенсивность в озерных отложениях восстанавливается менее надежно, чем в случае исследования керамики, подвергшейся обжигу и перемагничиванию. Авторы статьи, однако, не делают далеко идущих выводов, а только аккуратно отмечают, что необходимо проводить дальнейшие исследования.

 

Зачем всё это нужно? Дело в том, что ориентировка магнитного поля Земли менялась в прошлом неоднократно. Эпохи прямого (как сегодня) и обратного магнитного поля, восстановленные посредством палеомагнитных исследований датированных горных пород, чередуются через сильно нерегулярные промежутки времени достаточно большой протяженности. Так, последние 800 тыс. лет на Земле длится эпоха нормальной полярности, называемая эпохой Брюнес. Почему и как происходит смена полярности? На этот вопрос пока нет ответа. Однако известно, что смена полярности происходит на фоне резко снижающейся интенсивности магнитного поля. Так, например, в момент смены полярности с обратной эпохи Матуяма на современную — Брюнес интенсивность магнитного поля упала более чем в 10 раз.

Моделирование изменений магнитного поля в связи с конвекцией во внешнем жидком, преимущественно железном ядре с учетом его взаимодействия с силикатной мантией достигло определенных успехов. В общих чертах воспроизводятся как вариации интенсивности магнитного поля, так в некоторых моделях и характерные смены полярности. Естественно, для того, чтобы тестировать эти модели, необходимо в первую очередь иметь достоверные данные о вариациях параметров магнитного поля в прошлом. Именно таким вкладом в базу достоверных данных и является статья.

1. Stark F., Cassidy J., Hill M.J., Shaw J., Sheppard P. Establishing a first archeointensity record of SW Pacific. Earth and Planetary Science Letters, 2010, in press doi:10.1016/j.epsl.2010.07.031

2. Korte M., Donadini F., Constable C.G. Geomagnetic field for 0-3 ka: 2. A new series of time-varying global models. Geochemistry, Geophysics and Geosystems, 2009, v. 10, doi:10.1029/2008gc002297

3. Buffet B.A. Earth’s core and the geodynamo. Science, 2000, v. 288, p. 2007—2012.

4. Gratton M.N., Shaw J., Brown L.L. Absolute palaeointensity variation during a precursor to the Matuyama-Brunhes transition recorded in Chilean lavas. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 2007, v. 162, p. 61-72.