Дипольная мощность (а) и недипольная мощность (b), оцененные на поверхности Земли за последние 100 тыс. лет, согласно пяти моделям непрерывного сферического гармонического геомагнитного поля: IMOLEe (Leonhardt et al., 2009), CALS10k.2 (Constable et al. al., 2016), GGF100k (Panovska et al., 2018b), LSMOD.2 (Korte et al., 2019b) и GGFSS70 (Panovska et al., 2021). Пять глобальных и региональных экскурсий отмечены на верхней панели a: PB: Post Blake, NGS: Норвежско-Гренландское море, La: Laschamps, ML: озеро Моно/Окленд и HP: Hilina Pali. Серые области обозначают три более подробно изученных здесь экскурса: NGS, La и ML. Временные интервалы модели и моделей, используемых для расчета Rc100k, показаны цветными полосами внизу.
Предоставлено: Журнал космической погоды и космического климата (2022 г.). DOI: 10.1051/swsc/2022027

Новые модели того, как геомагнитное поле, защищающее атмосферу Земли от космических лучей, изменилось за десятки тысяч лет, могут помочь нам понять, как климат изменился за аналогичный период времени.

Атмосфера Земли защищена от воздействия космических лучей и других энергичных заряженных частиц магнитным полем — геомагнитным полем, — которое простирается в космос от расплавленного внешнего ядра нашей планеты. Сила геомагнитного поля не постоянна, а меняется в течение тысяч и десятков тысяч лет.

Теперь группа ученых из Китая и Германии под руководством Цзявея Гао из Института геологии и геофизических наук Академии наук Китая в Пекине смоделировала колебания поля за последние 100 000 лет. Их исследование опубликовано в Журнале космической погоды и космического климата.

Геомагнитное поле является естественным явлением, но очень полезным, поскольку оно защищает атмосферу Земли от воздействия космических лучей и других энергетических частиц, которые производят долгоживущие радионуклиды, такие как углерод-14. Когда оно ослабевает, увеличивается поток космических лучей, достигающих Земли. Мы знаем, например, что каждые несколько десятков тысяч лет поле претерпевает «экскурсию» или «инверсию», значительно уменьшающую его силу, и на такие долговременные изменения накладываются более слабые, более быстрые колебания.

«Глобальный поток космических лучей, достигающих атмосферы Земли, был в три раза выше в середине так называемого путешествия Лашамса, около 34 000 лет назад, чем сегодня, и примерно в два раза выше во время другого путешествия, произошедшего около 65 000 лет назад.», — говорит Гао.

Понимание этих изменений с течением времени может помочь нам понять долгосрочные закономерности солнечной активности и неантропогенные изменения климата, то есть те, которые не были вызваны деятельностью человека и происходили на протяжении всей доисторической эпохи. Можно измерить силу экранирования геомагнитного поля, используя параметр количества движения на единицу заряда, известный как «жесткость».

Заряженные частицы с одинаковой жесткостью движутся одинаково. Если вы исследуете все заряженные частицы, движущиеся к атмосфере в заданном месте и с заданным углом падения, то только те из них, жесткость которых выше определенного значения, смогут проникнуть в нее. Это значение, или «жесткость геомагнитной отсечки», является прямой мерой напряженности геомагнитного поля и, таким образом, степени экранирования.

Гао и его коллеги оценили глобальную жесткость отсечки, используя модели геомагнитного поля для отдельных временных интервалов за последние 100 000 лет, путем сравнения и объединения четырех различных моделей поля.

«Первые модели были основаны на предположениях о дипольном поле. Все продвинутые модели геомагнитного поля также включают недипольные компоненты, которые более точны, чем модели, включающие только дипольные компоненты», — говорит он. «Используя эти модели, мы обнаружили, что во время экскурсий (т. е. когда напряженность поля мала) поток энергичных космических лучей в атмосферу был высоким и, кроме того, он почти не зависел от широты».

Эти «наилучшие доступные» модели, разработанные исследовательской группой, позволяют ученым оценить скорость образования радионуклидов и, следовательно, мощность дозы космического излучения и солнечную активность в течение этого периода. Это поможет им изучить, как климат менялся на протяжении доисторических времен, что должно дать полезную информацию о механизмах и последствиях антропогенного изменения климата сегодня. Хотя частицы высокой энергии, происходящие из-за пределов Солнечной системы, могут влиять на климат Земли, существует научный консенсус.что эти факторы не ответственны за тенденцию к потеплению, которую мы наблюдаем в последние десятилетия. Недавнее глобальное потепление и связанные с ним изменения климата связаны с деятельностью человека, в частности с выбросами парниковых газов.