Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Kilka lat temu pracownicy budujący elektrownię w Nowej Zelandii natknęli się na dobrze zachowaną pozostałość po sześćdziesięciotonowym drzewie gatunku agatis nowozelandzki, przez lokalną ludność zwanym kauri. Drzewo rosło 42 tysiące lat temu, a kiedy się przewróciło miało 1700 lat. Odkrycie okazało się niezwykle istotne dla badaczy przeszłości Ziemi, ponieważ na jego podstawie ustalono, że w tamtym czasie doszło do zmiany biegunów ziemskich. Dzięki długowieczności tego drzewa możliwe też jest sprawdzenie, jakie konsekwencje środowiskowe miało to zjawisko.

Badacze, którzy zajęli się badaniem tego drzewa donoszą w najnowszym numerze czasopisma „Science”, że wraz z osłabianiem się pola magnetycznego Ziemi i odwracania się biegunów widać silny wzrosty promieniowania kosmicznego. Efektem tego mogła być czasowa zmiana klimatu, co doprowadzić mogło m.in. do wymarcia dużych ssaków w Australii i Neandertalczyka w Europie.

– Jesteśmy dopiero na początku i stopniowo przeglądamy powierzchnię tego, co mogła spowodować geomagnetyczna zmiana – mówi Alan Cooper, badacz DNA wymarłych gatunków, pracownik South Australian Museum, współautor badań.

Autorzy podkreślają, że ich badania nie tylko dostarczają szczegółowego datowania i zakresu tego ostatniego jak dotąd w historii Ziemi przebiegunowania. Są to też pierwsze badania, które tak wprost pokazują potencjalne zmiany klimatu, które mogły być efektem czasowej zmiany biegunów magnetycznych. Takie zmiany są przedmiotem sporu naukowców od dawna i wielu z nich pozostaje sceptycznym co do tego, że rzeczywiście miały miejsce – nikt dotąd nie pokazał wyraźnych kryzysów klimatycznych zbiegających się z przebiegunowaniem. Nasi przodkowie przeżyli już kilka takich zjawisk w ciągu ostatnich paru milionów lat.

Pole magnetyczne Ziemi wytwarza żelazo znajdujące się w rdzeniu zewnętrznym, czyli prawie najgłębszej warstwie naszej planety. Ponieważ płynne żelazo jest podatne na różnego typu wahania, od czasu do czasu następuje przesunięcie się biegunów, a nawet ich całkowite odwrócenie. Takie zjawiska zdarzają się na Ziemi z dużą nieregularnością, czasem co kilkadziesiąt tysięcy, a czasem co kilka milionów lat. Jeśli są długotrwałe, to jesteśmy je w stanie odczytać na podstawie orientacji magnetycznej minerałów w skałach – ostatnie takie zjawisko miało miejsce około 780 tysięcy lat temu. Jeżeli odwrócenie trwa tylko kilkaset lat, to nie jesteśmy w stanie odczytać tego z pokładów skalnych – tak było właśnie 42 tysiące lat temu.

Zaistniałe wtedy przebiegunowanie udało się badaczom rozpoznać za pomocą badań metodą radiowęglową. Radioaktywny węgiel-14 jest znacznie bardziej podatny nawet na lekkie fluktuacje. Ten promieniotwórczy izotop powstaje, kiedy do naładowane cząstki promieniowania kosmicznego przenikają do atmosfery i wnikają w żywe istoty. Ponieważ węgiel-14 rozpada się w bardzo wyraźnie określony sposób, jest swego rodzaju geologicznym zegarem. Badacze porównali więc zmiany w pierścieniach drzewa kauri z zapisami radiowęglowymi z tego samego czasu, pochodzącymi z chińskiej jaskini. Porównywanie zmian co 40 lat umożliwiło bardzo dokładne określenie, w jakim momencie i w jakim zakresie zmieniało się pole magnetyczne Ziemi.

Badanie wykazało, że około 41 500 lat temu pole magnetyczne osłabło o około 6 procent w porównaniu do obecnego natężenia. W tym momencie nastąpiło odwrócenie się biegunów, a pole nabrało siły, by około 500 lat później cofnąć się i wyraźnie osłabnąć. Powstały wtedy napór promieniowania kosmicznego mógłby, zdaniem badaczy, stworzyć zorze polarne w okolicach podzwrotnikowych i zniszczyć całą istniejącą dziś sieć energetyczną. Co się jednak dzieje w takich momentach, tego – podkreślają badacze – do końca nie wiemy.

Aby zrozumieć konsekwencje tego zjawiska, zespół opracował model klimatyczny, który pokazuje, że bombardowanie promieniami kosmicznymi spowodowałoby erozję warstwy ozonowej, zmniejszając ciepło, które normalnie warstwa ta wychwytuje z promieni ultrafioletowych. Ochłodzenie na dużej wysokości zmieniłoby przepływy wiatru, co z kolei mogło doprowadzić do poważnych zmian na powierzchni, w tym do ochłodzenia w Ameryce Północnej i ocieplenia w Europie.

Konsekwencje byłyby więc ogromne. Faktycznie, jak pokazują autorzy, w tamtym czasie doszło do kilku spektakularnych zmian, jak wyginięcie dużych ssaków w Australii, zniknięcie Neandertalczyka z Europy i pojawienie się na południu tego kontynentu pierwszych malowideł naskalnych. Ale zdaniem niektórych badaczy te wnioski to czyste spekulacje, które nie znajdują potwierdzenia w globalnych obserwacjach. Lód na Grenlandii i Antarktydzie obrazuje zmiany klimatu z co najmniej ostatnich 100 tysięcy lat i nie odnaleziono tam dotąd śladów wyraźnych zmian sprzed około 42 tysięcy lat. Pewne dowody można znaleźć badając Ocean Spokojny, ale nadal, zdaniem tych badaczy nawet zmiany, które zachodziły by głównie w strefie ciepłej, powinny jakoś wpłynąć na największe na Ziemi skupiska lodu.

Źródło badań: A. Cooper et al. A global environmental crisis 42,000 years ago. Science. Vol. 371, February 19, 2021, p. 811. doi: 10.1126/science.abb8677.

Opracowano na podstawie artykułu Paula Voosena Ancient kauri trees capture last collapse of Earth’s magnetic field opublikowanego na portalu internetowych czasopisma „Science”