Geolodzy od lat głowili się nad dziwnymi zapisami w skałach z okresu ediakaru. Próbki sprzed 630-541 mln lat wykazywały tak chaotyczne fluktuacje magnetyczne, że nie dało się ich wpasować w żadne znane schematy. Tradycyjne modele zakładały, że pole magnetyczne naszej planety zachowywało się wtedy podobnie jak obecnie, co prowadziło do absurdalnych wniosków, np. że kontynenty przemieszczały się z prędkością niemożliwą do wyjaśnienia współczesną fizyką.
Czytaj też: Tajemnicza anomalia pożera pole magnetyczne Ziemi. Obszar większy niż Hiszpania powstał w zaledwie 11 lat
Dopiero teraz międzynarodowej grupie badaczy z Yale udało się rozwikłać tę geologiczną zagadkę. Okazuje się, że zamiast szalonych ruchów płyt tektonicznych, dane ze skał w górach Antyatlasu w Maroku ujawniły wzorzec gwałtownych zmian samego pola magnetycznego planety. To odkrycie zasadniczo zmienia nasze rozumienie jednego z najbardziej enigmatycznych rozdziałów w dziejach Ziemi.
Skaczące ziemskie pole magnetyczne
Kluczem do sukcesu okazało się odrzucenie utartych schematów myślowych. Zespół pod kierunkiem prof. Davida Evansa i doktoranta Jamesa Pierce’a zastosował zupełnie nowe podejście metodologiczne. Naukowcy opracowali innowacyjną metodę statystyczną łączącą rozkłady Binghama i Fishera, porzucając tradycyjne narzędzia analityczne.
Czytaj też: Naukowcy nagrali dźwięk odwracającego się pola magnetycznego Ziemi. Brzmi jak ścieżka z horroru
Badacze pobierali próbki z wyjątkowo dobrze zachowanych warstw wulkanicznych w Maroku z niespotykaną dotąd precyzją. Każda warstwa była analizowana oddzielnie, a skały otrzymały dokładne datowania. Trzy kluczowe jednostki wulkaniczne zyskały precyzyjne oznaczenia czasowe: 567,935 milionów lat, 566,78 milionów lat oraz 562,22 milionów lat temu. Taka rozdzielczość pozwoliła po raz pierwszy zaobserwować, jak szybko faktycznie zmieniało się pole magnetyczne.
Metoda łączyła dane ze skał wulkanicznych, które rejestrują punktowe zmiany magnetyczne niczym migawka aparatu, oraz ze skał osadowych, uśredniających pole magnetyczne w czasie. To połączenie okazało się przełomowe dla całego projektu.
Wyniki, opisane w Science Advances, były zaskakujące. Zamiast stopniowego przesuwania się wokół osi obrotu planety, bieguny magnetyczne dosłownie przeskakiwały z miejsca na miejsce w okresie 568-562 milionów lat temu. Dramatyczne zmiany zachodziły w interwałach tysięcy lat, a nie milionów, jak wcześniej zakładano.
Wcześniejsze interpretacje sugerowały, że płyty tektoniczne musiały przesuwać się z prędkością ok. 100 stopni na milion lat. Takie tempo byłoby fizycznie niemożliwe do osiągnięcia. Nowe dane definitywnie wykluczyły tę hipotezę oraz teorię prawdziwej wędrówki biegunów, która również wymagałaby znacznie dłuższych okresów.
Co ciekawe, zmienność magnetyczna nie była całkowicie chaotyczna. Badacze odkryli w niej uporządkowaną strukturę – bieguny magnetyczne przemieszczały się dookoła planety wzdłuż spójnych pasm paleodługości geograficznych, jakby pole magnetyczne nie mogło się zdecydować na stały kierunek. Był to okres wyjątkowej niestabilności.
Środkowy okres ediakaru, szczególnie między 591 a 565 milionami lat temu, charakteryzował się dramatycznym osłabieniem pola magnetycznego Ziemi. Czasami jego siła spadała do zaledwie 1/10 normalnej wartości. To anomalnie słabe pole mogło być związane z kluczowym momentem w ewolucji naszej planety – okresem poprzedzającym nukleację wewnętrznego jądra Ziemi.
Pomiary paleointensywności potwierdzają modele teoretyczne przewidujące słabe i niestabilne pole w tym okresie. Naukowcy znaleźli również przesłanki sugerujące, że podobne epizody słabości i szybkich odwróceń biegunów mogły się powtarzać w historii Ziemi. Okresy w dewonie i późnej jurze wykazują podobne cechy, powtarzające się mniej więcej co 200 mln lat.
Odkrycie to ma głębokie implikacje dla zrozumienia dynamiki wnętrza Ziemi. Późnoediakarańskie pole geomagnetyczne ze wzmocnioną zmiennością paleosekularną lub stałym równikowym składnikiem dipolowym może być unikalne w całej historii planety.
Praktyczne zastosowanie nowej metody okazało się równie imponujące jak samo odkrycie. Badacze wykorzystali ją do stworzenia rekonstrukcji paleogeograficznej kratonów Afryki Zachodniej i Laurentii. Rezultat był zgodny z niezależnymi dowodami na regionalne zlodowacenie ok. 565 milionów lat temu.
Bliskobiegunowa paleoszerokość geograficzna wynikająca z analiz magnetycznych idealnie pasuje do wskazań aktywności glacjalnej w tych samych sekcjach skalnych. To potwierdza, że metoda działa i może być stosowana do tworzenia wiarygodnych map kontynentów i oceanów z tego odległego okresu.