Магнитный апокалипсис близко? Артефакты древних цивилизаций раскрывают шокирующую правду

В 2008 году Эрез Бен-Йосеф обнаружил фрагмент «мусора» железного века и случайно выявил самую сильную из когда-либо обнаруженных аномалий магнитного поля.

Бен-Йосеф, археолог из Тель-Авивского университета, работал на юге Иордании с Роном Шааром, который занимался анализом археологических материалов в Леванте. Шаар, геолог из Еврейского университета в Иерусалиме, составлял карту магнитного поля региона.

Кусок медного шлака — побочный продукт ковки металлов — зафиксировал интенсивный всплеск магнитного поля Земли около 3000 лет назад.

Видео от DGL.RU

Когда команда Бен-Йосефа впервые описала своё открытие, многие геофизики отнеслись к нему скептически, поскольку масштабы всплеска были беспрецедентными в геологической истории. «Не существовало модели, которая могла бы объяснить такой всплеск», — сказал Бен-Йосеф.

Поэтому Шаар усердно работал над тем, чтобы предоставить им больше доказательств. После того как они более десяти лет анализировали и описывали образцы, собранные по всему региону, аномалия была признана научным сообществом и получила название Левантийская аномалия железного века (LIAA). Примерно с 1100 по 550 год до н. э. магнитное поле, исходящее от Ближнего Востока, подвергалось интенсивным колебаниям.

Шаар и Бен-Йосеф использовали относительно новый метод под названием «археомагнетизм». С помощью этого метода геофизики могут исследовать магнитные частицы в археологических материалах, таких как металлические отходы, керамика и строительный камень, чтобы воссоздать магнитное прошлое Земли.

Этот метод имеет ряд преимуществ перед традиционными способами реконструкции магнитного поля Земли, особенно при изучении относительно недавнего прошлого.

Как правило, учёные изучают магнитное поле Земли в прошлом, анализируя снимки, запечатлённые в горных породах, когда они остывали и превращались в твёрдые тела. Но горные породы образуются нечасто, поэтому в большинстве случаев учёные могут лишь догадываться о том, каким было магнитное поле Земли сотни тысяч или миллионы лет назад или после относительно редких событий, таких как извержения вулканов. Данные о магнитном поле в прошлом помогают нам понять «геодинамо» — механизм, который генерирует защитное магнитное поле нашей планеты. Это поле создаётся медленно движущимся жидким железом вокруг внешнего ядра планеты, и это движение может влиять на процессы в мантии, среднем слое Земли, и, в свою очередь, подвергаться их влиянию. Таким образом, различия в магнитном поле указывают на бурление глубоко под поверхностью Земли в геодинамо.

«Мы не можем напрямую наблюдать за тем, что происходит во внешнем ядре Земли, — сказал Шаар. — Единственный способ косвенно измерить, что происходит в ядре, — это отслеживать изменения в геомагнитном поле».

Знание того, как магнитное поле вело себя в прошлом, может помочь нам предсказать его поведение в будущем. Некоторые исследования показывают, что магнитное поле нашей планеты со временем ослабевает. Магнитное поле защищает нас от смертоносного космического излучения, поэтому его ослабление может привести к сбоям в спутниковой связи и потенциально повысить риск развития рака. В результате прогнозирование поведения магнитного поля на основе его прошлых характеристик становится всё более важным. Но наблюдения за интенсивностью магнитного поля начались только в 1832 году, поэтому сложно делать прогнозы на будущее, если мы лишь смутно представляем себе силы, которые управляли магнитным полем в прошлом. Археомагнетизм начал восполнять эти пробелы.

Как мы можем определить магнитное поле по археологическому артефакту?

Археомагнетизм использует в своих интересах то, как наши предки использовали окружающую их землю: они начали строить кострища, делать кирпичи и керамику, а со временем и плавить металлы.

В каждом из этих экспериментов материалы нагреваются до высоких температур. При достаточно высоких температурах тепловая энергия заставляет частицы внутри материала двигаться. Затем, когда материал извлекают из огня и он остывает, чувствительные к магнитному полю частицы внутри него естественным образом ориентируются в направлении магнитного поля Земли, как миниатюрные стрелки компаса. Они «застревают» на месте, когда материал затвердевает, и сохраняют эту магнитную ориентацию до тех пор, пока материал снова не нагреется.

Осевшие магнитные частицы в археологическом артефакте дают уникальную возможность увидеть магнитное поле в тот момент, когда материал был ещё горячим. Это региональное изображение, охватывающее радиус примерно в 310 миль (500 километров) вокруг образца — масштаб, в котором магнитное поле считается однородным, по словам Шаара. Когда образец датируется с помощью радиоуглеродного анализа или других методов, учёные могут начать составлять хронологическую запись магнитного поля в этом регионе.

Эти артефакты очень полезны для геофизиков, потому что магнитное поле Земли постоянно смещается. Например, в 2001 году северный магнитный полюс находился ближе к самой северной оконечности Канады, но к 2007 году он сместился более чем на 200 миль (320 км) ближе к географическому северному полюсу. Это происходит потому, что два больших «лоскута» сильного магнетизма, называемые магнитными аномалиями, во внешнем ядре Земли под Канадой и Сибирью действуют как воронки, втягивающие магнитное поле в Землю. Когда эти «лоскуты» смещаются, они перемещаются на магнитный север.

И хотя большинство силовых линий магнитного поля планеты направлены с севера на юг, около 20% отклоняются от этих траекторий, образуя вихри, называемые магнитными аномалиями.

Именно эти аномалии исследователи пытаются объяснить, и именно их могут выявить артефакты.

Растущее поле

Хотя археомагнетизм существует с 1950-х годов, технологии измерения магнитного поля, такие как магнитометр, с тех пор значительно усовершенствовались. Усовершенствованные методы статистического анализа теперь позволяют гораздо более детально интерпретировать археомагнитные данные.

Чтобы собрать все данные в одном месте и систематизировать наше понимание магнитного поля Земли, учёные начали создавать глобальную базу данных под названием Geomagia50, которая размещается в Институте магнетизма горных пород при Университете Миннесоты (UM). Но несмотря на растущую популярность этого метода, его повсеместному внедрению препятствует множество факторов.

«Оборудование довольно дорогое», — Максвелл Браун, геофизик из Мичиганского университета и хранитель базы данных Geomagia50. По словам Брауна, самые точные магнитометры могут стоить от 700 000 (около 55 млн. руб.) до 800 000 долларов (около 62 млн. руб.). «Так что в [Соединённых Штатах] есть лишь несколько лабораторий, у которых есть такое оборудование».

По словам Брауна, в результате около 90 % данных в базе Geomagia50 были получены в Европе. В Африке нет ни одного магнитометра, который геофизики могли бы использовать для археомагнитной съёмки, а это значит, что наши магнитные данные по континенту в основном отсутствуют. Кроме того, у обычного археолога нет возможности отправить свои артефакты на исследование, добавил Бен-Йосеф. Тот, у кого нет магнитометра, должен заключить официальное партнёрское соглашение с тем, у кого он есть.

По словам Шаара, даже при наличии оборудования отбор проб требует времени и опыта. Измерить направление поля иногда бывает относительно просто, но для определения его интенсивности требуется гораздо больше усилий. Образец необходимо нагреть и повторно нагреть 20 раз, постепенно заменяя исходное намагничивание и разрушая образец.

«Кажется, что это просто: мы помещаем его в магнитометр или другой прибор и получаем результаты. Но нет. На каждый артефакт мы тратим два месяца работы в лаборатории, проводим эксперименты и получаем результаты. Это сложная экспериментальная процедура», — объяснил Шаар.

Недостаток глобальных данных ограничивает наше понимание того, каким было магнитное поле в недавнем прошлом. «Очевидно, что в распределении данных есть очень сильный перекос [в сторону Европы]», — Моника Корте, геофизик и специалист по моделированию магнитного поля в немецком Центре геонаук им. Гельмгольца. «Там, где данных мало, у нас есть лишь очень размытая картина, очень приблизительное представление о том, что происходит».

Географическое разнообразие важно, поскольку образцы, взятые в одном регионе, могут указывать на магнитное поле только в этом регионе.

Например, в таких местах, как Китай и Корея, в железном веке также наблюдались всплески магнитной активности, схожие с аномалией железного века в Леванте, но, по словам Корте, недостаточно доказательств, чтобы подтвердить их подлинность или сказать, связаны ли они с аномалией железного века в Леванте.

Почему нам стоит больше узнать об исторических аномалиях?

По словам Шаара, открытие аномалии железного века в Леванте изменило наше представление о потенциальной силе магнитного поля. Понимание того, насколько сильно может меняться магнитное поле, может показаться чисто абстрактной задачей, но эти древние колебания могут иметь последствия для современности.

Другой важной аномалией является Южно-Атлантическая аномалия (ЮАА), область с ослабленным магнитным полем , которая простирается через центральную часть Южной Америки и заканчивается у южной оконечности Африки. Вероятно, она возникла 11 миллионов лет назад из-за небольшого смещения магнитной оси относительно оси вращения в ядре Земли. Поскольку магнитное поле немного смещено относительно оси вращения, его напряжённость над Южной Атлантикой снижается, хотя взаимодействие поля с перемешивающейся мантией также может способствовать возникновению аномалии.

Южно-Атлантическая аномалия существует и по сей день. Она нарушает связь со спутниками и Международной космической станцией, поскольку слабое магнитное поле в этом регионе пропускает больше радиации от солнечного ветра. Изучение Южно-Атлантической аномалии на протяжении всей её истории помогло учёным понять, как меняется наше магнитное поле с течением времени и как такие аномалии влияют на вероятность инверсии магнитного поля, когда северный и южный полюса Земли меняются местами.

Хотя у учёных есть чёткое представление о Южно-Атлантической аномалии, её ослабленное магнитное поле сильно отличается от мощных всплесков Левантийской аномалии железного века, которые ставят геофизиков в тупик. И хотя исследователи не установили точную протяжённость аномалии, её кажущиеся небольшими размеры — около 1000 миль (1609 км) в поперечнике — в сочетании с чрезвычайно мощными всплесками магнитного поля не поддаются простому объяснению.

Некоторые геомагнетики предполагали, что Левантийская аномалия железного века возникла из-за узкого участка магнитного поля, который образовался на внешнем ядре под экватором, прежде чем сместиться на север в сторону Леванта, что, возможно, способствовало другим всплескам интенсивности, зафиксированным в Китае. В отличие от крупных лопастей, которые направляют магнитное поле в сторону планеты на Северном полюсе, этот «положительный» участок магнитного поля должен был вытолкнуть поле мощным импульсом. Другие учёные считали, что одиночный поток не перемещался, а вместо этого под Левантом образовалось несколько потоков, которые извергались и разрушались на месте. Тем не менее ни одна из теорий не может объяснить, почему вообще образовался поток.

Используя самые современные археомагнитные данные, геомагнетик Пабло Ривера из Мадридского университета Комплутенсе в январе опубликовал статью, в которой смоделировал аномалии железного века в Леванте и Южной Атлантике. Моделируя их движение с течением времени, он предположил, что на обе аномалии мог повлиять суперплюм под Африкой — массивное скопление горячей породы на границе между ядром и мантией, которое может нарушать работу геодинамо под ним.

Однако многое до сих пор остаётся неизвестным.

«На данный момент не существует ни одной симуляции, которая бы действительно описывала все [магнитные] особенности, которые мы хорошо видим», — сказал Корте.

Многие археомагнитные данные со всего мира свидетельствуют о том, что могут существовать и другие всплески интенсивности, которые помогут разгадать эту загадку и создать единую теорию, объясняющую SAA, LIAA и другие всплески. Но в настоящее время данных недостаточно, чтобы точно их описать или хотя бы начать понимать их причины.

«На самом деле мы не понимаем, что вызывает эти аномалии, но надеемся узнать больше о том, как работает геодинамо и каких изменений в магнитном поле можно ожидать в будущем», — сказал Корте.

Эта уверенность нужна сейчас как никогда, ведь всё больше наших коммуникаций уходят в небо. В настоящее время на орбите Земли находится более 13 500 спутников — это значительный рост по сравнению с 2020 годом, когда их было всего около 3000. По оценкам Агентства правительственной отчётности, к 2030 году будет запущено ещё 54 000 спутников. Эти спутники отслеживают погодные условия, передают телефонные и телевизионные сигналы и обеспечивают работу GPS.

Спутники, как правило, защищены от космической радиации магнитным полем Земли. Но в местах, где поле слабее, например над Южно-Атлантической аномалией, у спутников возникают проблемы с памятью, поскольку радиация воздействует на бортовые компьютеры и повреждает данные.

Заполнение рисунка

Несмотря на дороговизну и технические сложности археомагнетизма, существует множество инициатив, направленных на увеличение объёма данных. В США Институт магнетизма горных пород расширяет свою программу археомагнетизма, чтобы начать составление более полной истории магнитного поля на Среднем Западе. Они надеются создать собственную систему датировки с помощью археомагнетизма, аналогичную той, которую Шаар и его коллеги создали в Леванте.

Интерес к археомагнетизму растёт по всему миру. Первые данные по археомагнетизму из Камбоджи были опубликованы в 2021 году, а первая региональная модель магнитного поля Африки за последнее время была опубликована в 2022 году.

По мере развития археомагнетизма учёные смогут лучше понять, как такие явления, как суперплюмы, влияют на магнитное поле. Данные за последние 50 лет или около того представляют собой «лишь крошечный срез во времени», — говорит Шаар, — «возможно, есть и другие [аномалии], которые ещё предстоит обнаружить».

Корабль-датацентр: безумие или гений? Круизный лайнер переделывают под тысячи AI-видеокарт