Земля постоянно подвергается бомбардировке высокоэнергетическими заряженными частицами, называемыми космическими лучами. Обычно мы защищены от этого шквала магнитным пузырем Земли — магнитосферой. Но что происходит, когда этот щит ослабевает?
Космические лучи — это прежде всего ядра водорода, выбрасываемые в космос в результате мощных небесных событий, таких как гибель сверхновых массивных звезд. Эти невероятно энергичные частицы обычно перехватываются магнитосферой, которая также защищает нас от жесткой солнечной радиации, исходящей от Солнца.
Однако магнитосфера не является монолитным и неизменным образованием. Магнитный север не только слегка отклоняется от географического "истинного севера", но и вся магнитосфера время от времени "переворачивается". В результате северный полюс поля становится южным и наоборот, а интенсивность поля при этом ослабевает.
Кроме того, бывают и другие короткие периоды, когда два магнитных полюса магнитосферы "исчезают", сменяясь множеством магнитных полюсов. В эти периоды, называемые "экскурсами магнитного поля", сила магнитных полюсов также ослабевает, что означает, что наша планета в это время менее защищена от космических лучей. Возникает вопрос: коррелируют ли периоды низкой интенсивности магнитосферы с крупными потрясениями в биосфере Земли — всей зоне нашей планеты, где существует жизнь, от горных вершин до глубочайших океанских впадин?
"Понимание этих экстремальных явлений важно для их возникновения в будущем, прогнозирования космического климата и оценки последствий для окружающей среды и системы Земли", — говорится в заявлении Сани Пановской, ученого из GFZ Потсдам (Германия).
Чтобы определить периоды, в течение которых Земля испытывала более сильную, чем обычно, бомбардировку космическими лучами, ученые могут измерить содержание различных изотопов. Это разновидности элемента, которые имеют разное количество нейтронов в атомном ядре.
Когда космические лучи ударяют по частицам в атмосфере Земли, они создают потоки изотопов, называемых "космогенными радионуклидами", которые выпадают дождем на поверхность нашей планеты. Со временем они накапливаются в отложениях, которые ученые могут изучать, извлекая их с морского дна и из ледяных кернов, пробуренных в таких регионах, как Антарктида и Гренландия.
Одним из хорошо изученных примеров экскурса магнитного поля является событие Лашампа, произошедшее около 41 000 лет назад. В ходе этого события Пановская изучала связь между интенсивностью магнитосферы Земли и концентрацией космогенных радионуклидов, таких как бериллий-10.
Она обнаружила, что средняя скорость производства бериллия-10 удвоилась по сравнению со скоростью, с которой этот космогенный радионуклид образуется в результате бомбардировки космическими лучами сегодня. Это указывает на очень низкую интенсивность магнитосферы во время события Лашампа, что привело к тому, что гораздо больше космических лучей достигли атмосферы Земли и создали ливни вторичных частиц.
Пановска использовала эти измерения для реконструкции магнитосферы Земли, обнаружив, что она сжалась во время этого события, когда ее сила уменьшилась. Она надеется, что эта реконструкция поможет ей и ее коллегам-ученым получить больше информации о космогенных радионуклидах и бомбардировках космическими лучами.