地球科学

土地剥夺了

磁极,稳定性模型?不是真的:他们经常逆转,乘以或走在地球的表面上。这片土地的核心小旅行......

朱莉妮·奥伯特,Gauthier Hulot和Yves Gallet for science n°67
本文保留用于科学用户

有些岩石有记忆:他们“记住”训练时围岩的方向。这种非凡的特性由某些氧化铁(例如磁铁矿或赤铁矿)产生,其磁化与磁场的方向对齐,然后在岩石中冻结。这可以是冷却(一个谈到热磁化磁化)或沉积岩石(磁化是如此的填料)的火山岩。

当它们在地质历史上不会过于改变时,这些磁性岩石从地球磁场变成了化石。他们的教学是正式的:与今天相比,磁场有时被“逆转”,也就是说北极磁极(现场线落入南地理和磁极。南方(现场线的地方)来自地理北部(见第26页)。

除了旧场的方向之外,磁性岩石揭示了其强度,估计是在已知的现场条件下取消的经验和重构的经验。这些“磁化石”的研究是在地球物理学的重要学科的核心:古磁石。自20世纪90年代末以来,通过有效的数值模拟辅助。在初步发现地磁反转之后,我们将详细说明他们在工作中的进步和机制。

在地球形成后,尘世磁场可能很快出现,约有45亿年。然而,由于一些罕见的磁大陆岩石,他的存在仅从Archean身上证明了超过10亿年的人;这些来自澳大利亚,南非和加拿大。

海洋底部的磁性条形码

首先表明这一领域过去逆转的是法国物理学家伯纳德····································································哈希 XX. e 世纪。然而,它的结论是根据对Massif Central的一些岩石的研究,在20世纪60年代初期,由于海洋资金的磁信号的分析,将在20世纪60年代早期永久接受。实际上,拉出背部的拉夫,其中由这些资金形成,通过冷却捕获磁场的取向,然后被较年轻的熔岩擦除。然后在海洋的底部形成一类“条形码”,其中交替的正常热缩放磁化(也就是说与今天的那个)和逆,因此连续地追踪地质磁场的逆转。我们返回1.5亿年前的侏罗纪,最古老的海洋基金的年龄。它已经出来的是,从那时起,磁场已经多次逆转(近300次),但不规则。

为了延长我们对侏罗纪超出侏罗纪之外的磁反转的知识,使用了磁性转向:它研究了沉积序列,其连续地质层以可恶劣的磁化形式保持了磁场的记忆的形式。磁性在不同的时间。这些沉积序列今天出现或始终位于海洋的底部,比背部的连续录音更碎片。

他们仍然证明了在Phanerozoic的开头的许多地磁反转的存在,特别是在寒武纪,大约5.3亿年前,正常古代,有一个到20亿年前。迄今为止,澳大利亚沉积物中最古老的磁逆转,历史可追溯到27亿年。新的古磁测量技术声称找到了32亿年的不同反转的痕迹,但这些结果仍然确认。

诞生理论

如果Brunhe发现的地磁反转才能被接受超过50年,因此是因为理论家严重缺乏工具来解释它们。的确,在开始时 XX. e 世纪,只有第一批构成陆地发电机(或Geodynamo)的砖。我们知道以来赫尔文勋爵(1824-1907)以来地球冷却; 1881年,Edouard Roche提出了铁的核心;在1919年,Joseph Larmor考虑了在该核心内的存在,对流运动能够通过发电机处理放大和维护磁场。但它只是在世纪中叶,爱德华·熊坊和沃尔特·埃尔塞尔姿势造成了可能管理地球槌的方程式。

这些方程式正式表明,如果可以产生一定极性的磁场,则也可以是反极性场。终于发现了地球磁场逆转其极性的可能性强烈的理论基础。

然而,仍然证明,由于其冷却,陆地芯中的对流运动实际上能够产生磁场。无可争议的证据将仅在结束时进行 XX. e 世纪,由于对流发电机的第一个数字模拟。各种实验装置也阐明了这种现象,但没有现实的“微型Geodynamo”尚未在实验室转载(参见陆地发电机的发动机,D. Jault,D. Brito,pH。Cardin和H.-C. Nataf ,第16页)。

1995年,Gary Glatzmaier和Paul Roberts第一次成功地模拟了计算机上极性的逆转。这种模拟很复杂,因为发电机效应“利用”空间的三个维度;它不能发生在二维系统中,因此我们必须能够模拟三维流。即使在今天,难以融入模型中实际在地面核心工作中的流动的湍流,并且反演的机制提供了积极的研究,需要进行高级建模和可视化的数字技术。

我们仍然更好地了解这些机制,我们将详细介绍。古磁石教导我们,对地质规模的反转是简短的事件:他们只有几千年只有“只有”。最近的研究表明,它们发生在磁场的一般衰减之后,这失去了其强度的近90%。在过渡期间,该领域由几个北极和南极组成(见第25页)。根据曲折的轨迹,地球表面的后者“旅行”,最后将进一步结合,而该领域恢复了活力;在反演结束时,该领域发现了两个磁极,一个靠近北部地理杆,另一个南部地理杆附近。

一个小之旅...然后回来了!

这些低和多极的现场剧集并不总是导致逆转。经常(也许在近百万年期间十几次),他们最终得到了相同的极性。我们正在谈论地磁性游览。最近40,000年前的最新文献和最好的记录日期。从奥弗涅附近的火山流动的古磁性研究推导出来,它被称为LASCHAMP的旅游。因为这些游览与他们的特征持续时间非常相似,并且通过伴随它们的地磁强度的降低,它们通常被认为是“错过”的反转。有时事件较短,更小;它只是世俗变化的极端表现,即永久地驱动地球磁场的光变化。

Geodynamo的数值模拟重现,至少定性,大多数这些观察结果:逆转和偏移的不规则性,“短”持续时间,这些发作期间的地磁强度降低。但才唯一的是,IT可视化的进展揭示了这些模拟的内部,并突出了参与现象的结构。

反转,是什么羽毛!

如今,逆转和偏移由磁性羽毛引发,各种卓越的磁场线浓度(参见下图)。在本身,这些羽毛非常偷偷:它们形成在核心内,几乎影响了地球表面上的磁场并在几百年内消失。然而,它们有时含有大量的“相对场”,即,在相反方向上定向到“正常”场的场线,并且干扰它。他们会给推出磁极华尔兹的“pichenette”。

数字模拟还表明,逆向是非凡的多功能性。如果我们在逆转,甚至良好地啮合之前在系统中介绍了非常低的干扰,它可以向偏移发展,或者在不定的持续时间内推迟。同样,连续的反转在其展开的细节中并不相似,超出了我们提到的一般特征;该观点也证实了这一点,其示出了例如每次磁极的轨迹不同。因此,虽然更好地理解,但仍然是本质上不可预测的。

我们仍然知道如何给予它们一些统计属性:在所谓的鱼类过程中发生反转,即,具有过去出现的独立概率。它们的频率是核心对流的动力的函数,本身由热条件“在限制”中的核心,换句话说,核心表面上:这些条件控制了芯的冷却。它们在模拟中容易参数化,但在“实际”地球的情况下,它们由岩石涂层决定,它本身是稳定对流的座位(通过爬岩,因为它们的高温而导致延展性)。这种对流,否则负责大陆的漂移,明显慢于核心;在地质规模,仍然可以改变外套施加的条件,因此可能是逆转的频率。

这确实根据周期(见图页面)而变化。竞争有时经常频繁,例如在过去的3000万或更高年龄(1.4亿年前),较少到其他时期;它偶发他们甚至完全停止长时间,名为“supercher”。因此,在过去的5.5亿年期间已经确定了三个超级:在白垩纪期间,120至8300万年;在初级时代结束时,约310到2.6亿年;在奥陶诺维安,490至4.6亿之间。逆转的频率似乎发生了慢的涟漪,大约周期为1.5亿年,即在地质时期签署岩石上的斗篷控制是诱人的。斗篷施加的条件根据板块的威尔逊循环而变化,这是1.5亿多年的周期性,这描述了超级性的聚集和脱位。可比时期将两种巨大玄武岩托盘的幻影分开到地球表面,脱霉(印度)和西伯利亚的“陷阱”,与外套的对流动力相关的其他现象。

然而,极性序列的更精细分析,强调了地磁反转频率的某些转变的突然(地质上)特征。这尤其涉及到白垩纪超级的过渡,1.2亿年前:这个SuperCh校出现在几百百万年前的逆转。对于较旧的普罗文,似乎相同的趋势,但我们的数据更加碎片。这种突然仍然是有待解释的,并且可能是由于核心的非线性动态。非常长的持续时间的新型数字模拟应提供更多信息。

无论如何,磁场的反转可能是自发的现象(换句话说,涂层可以整体逆转的频率,但它不会决定它们的触发器,非线性动力学的果实表征地Geodynamo。如果我们了解更好的反转条件,可以预测出现或精确的课程。

下一个反演,不是在2000年之前

我们没有特别的方式预测下一个反演。最多,可以肯定它不会发生在2000年前。当前磁场的总体强度确实非常高,因此至少在这段时间内降低了90%,并且达到允许它的低值达到反向。。这种情况并不是不现实的:现代领域实际上以可能驾驶反演的速度降低。它是不可避免的吗?不,因为数值模拟和古磁性数据显示,在2000年内,Geodynamo可以逆转这种趋势并保持领域的当前极性,以获得更长的术语。

此外,还原的反转是否如此值得被问到的问题,因为磁场保护我们从太阳风和宇宙射线,太阳发出的带电粒子的流量和各种天体物理现象,如超胃部。反演时陆地场强度的减少,特别是其主要是双极性质的丧失,将削弱这种保护。无论我们保证,最终的障碍,非常有效,生存:我们的氛围。然后,这将包含太阳风攻击和宇宙射线,因此动物群和植物群将保持受保护。地球的表面仍将更加暴露于辐射,但到目前为止,在地磁反转和物种的消失之间没有建立直接联系。我们的遥远的祖先已经看过几个反转!

要采取的主要预防措施将涉及航空运输和卫星,这些卫星不会受益或少于保护大气的保护,然后将直接接受太阳风的侵略。在地面上,也将考虑各种保护。实际上,太阳风与减少和多极体陆地磁场的相互作用可以触发磁层中的剧烈电流(由行星的磁场主导的区域)和电离层(高气氛层,80之间)海拔500公里),特别是在太阳风暴期间。除了北极光度的乘法外,我们将在没有适应的保护,电网的巨大断层的情况下遭受。例如,这种缺陷已经有偶尔的场合,例如,在1989年的太阳风暴期间在魁北克队在魁北克中推出六百万人。如果通过进展反演更加削弱保护磁场。,后果可能会更糟!幸运的是,在短期内不会担心......已经发生了最后的磁逆转。

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