По словам исследователей, смена магнитных полюсов Земли вместе с падением солнечной активности 42 000 лет назад могли создать условия, которые, возможно, повлияли на исчезновение мегафауны и гибель неандертальцев.
Инверсии магнитного поля Земли в далеком прошлом были впервые замечены геофизиками в начале XX века, когда обнаружилось, что вектор магнитного поля некоторых горных пород направлен в противоположном направлении по сравнению с современным магнитным полем Земли. Со временем возник особый раздел геологии — палеомагнитология. Исследования показали, что магнитное поле Земли существует не менее трех с половиной миллиардов лет, и за это время оно меняло полярность множество раз. Для последних 165 миллионов лет земной истории построена достаточно точная магнитостратиграфическая шкала. Подробнее об этом можно прочитать в очерках «Планетарный магнитный переворот» и «Стойкость земной магнитосферы».
Помимо долговременных инверсий магнитного поля Земли, были обнаружены так называемые палеомагнитные экскурсы — кратковременные (в геологических масштабах) изменения интенсивности магнитного поля с изменением ориентации полюсов до 45° от их предыдущей позиции. Обычно экскурсы длятся от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч лет, а напряженность магнитного поля в эти периоды может снижаться самое большее на 20 %.
Одно временное смещение полюсов, известное как палеомагнитный экскурс Лашамп-Каргаполово, произошло 42 000 лет назад и длилось около 1000 лет. Название оно получило в честь местности во Франции, где были найдены первые свидетельства изменения в магнитном поле. Позже такие свидетельства были найдены в других регионах Земли.
Магнитное поле менялось на противоположное примерно на 440 лет, а переходные периоды продолжались примерно по 250 лет. Инверсированное поле было на 75 % слабее обычно, тогда как во время перехода его напряженность упала до необычно низкой величины в 5 %. Это привело к тому, что Земли достигало большее количество космических лучей, что вызвало увеличение космогенных изотопов бериллия-10 и углерода-14. Эти они образуются в верхних слоях атмосферы под воздействием «солнечного ветра» — потока частиц, испускаемых Солнцем. При столкновении солнечного нейтрона с атомом азота 14N из его ядра выбирается протон и замещается этим нейтроном. Получается атом 14C. В секунду над каждым квадратным метром земной поверхности в среднем образуется от 16 400 до 18 800 атомов углерода-14. В результате сходных событий образуется и бериллий-10.
Авторы нынешней работы считают, что инверсия магнитного поля вместе с периодом низкой солнечной активности могла стать причиной огромного множества климатических и экологических явлений с драматическими последствиями. «Вероятно, это могло показаться концом света», — говорит профессор Крис Терни (Chris S. M. Turney) из Университета Нового Южного Уэльса.
Исследователи называют этот период «событием Адамса» (Adams Event), в честь писателя Дугласа Адамса, автора книги «Автостопом по Галактике», где число 42 было названо «ответом на главный вопрос жизни, вселенной и всего такого». В опубликованной в журнале Science статье Крис Терни с коллегами описывают результаты радиоуглеродного анализ годичных колец деревьев каури (Agathis australis) возрастом более 42 000 лет, сохранившихся в болотах Северного острова Новой Зеландии. Коллектив авторов работы включает представителей Австралии, Новой Зеландии, Англии, США, Швейцарии, Швеции, Германии, Китая и России. Работа была поддержана грантом Российского научного фонда.
Они проследили повышение уровня углерода-14 в атмосфере, вызванное усилением космического излучения высокой энергии, которое достигало Земли благодаря ослабленному магнитному полю. Благодаря годичным кольцам они получили более точные датировки атмосферных событий. Затем исследователи изучили многочисленные палеоклиматические материалы со всего мира, в том числе данные озерных отложений и ледовых кернов, и обнаружили, что множество серьезных экологических изменений произошло одновременно с пиком уровня углерода-14. Попадание космических частиц в атмосферу инициирует химические и ядерные реакции, приводящие в том числе к снижению содержания озона. А это, в свою очередь, вызывает увеличением потока ультрафиолета, особенно в области экватора. Заметно возрастала облачность в низких широтах. «Мы видим массивный рост ледяного покрова над Северной Америкой… Мы видим, как в этот же момент резко смещаются пояса тропических дождей в западной части Тихого океана, а затем и пояса ветров в южном океане, и засуху в Австралии», — рассказывает Крис Терни.
Ситуация усугублялась тем, что «событие Адамса» совпало с «большим солнечным минимумом». Следует уточнить, что максимумы и минимумы солнечной активности определяются по количеству вспышек и пятен на Солнце. Если пятен на Солнце много (солнечный максимум) — это признак усиления магнитного поля Солнца, если их мало (солнечный минимум) — значит, напряженность магнитного поля Солнца ослабла. Более сильное солнечное магнитное поле защищает Землю от части космических лучей. Когда же оно ослабевает — и космические лучи не отклоняются, поэтому при «солнечном минимуме» земной атмосферы достигает больше лучей высокой энергии, и космогенных изотопов бериллия и углерода образуется больше.
Исследователи построили модель того, как должен был измениться химический состав атмосферы при ослабленном магнитном поле Земли и продолжительном периоде низкой солнечной активности. Она учитывает многие внутренние и внешние факторы, циркуляцию вещества и теплообмен, химические процессы и ядерные реакции в верхних слоях. Все знания о том периоде, объединенные в модели, позволили детализировать значимые для климата и экологии параметры окружающей среды. Результаты показывают, что атмосферные изменения могли привести к значительным изменениям климата, грозам и широкому распространению полярных сияний, которые наблюдались вплоть до сороковой параллели.
Для солнечной активности характерны также эпизодические выбросы высокоэнергетических частиц в течение одного–двух дней. Во времена экскурса Лашамп на низких широтах это приводило к усилению ионизации стратосферы на несколько порядков (в 104–108 интенсивнее современной). Также возрастала ионизация нижних слоев атмосферы до 50 раз. Заметное полярное сияние могло охватывать всю планету.
Изменения окружающей среды могли ускорить рост ледяных щитов и способствовать исчезновению австралийской мегафауны.
Авторы работы считают, что именно с этими изменениями связано то, что люди в этот период начали чаще использовать в качестве жилья пещеры, дававшие более надежную защиту от суровых условий. Конкуренция за подходящие жилища могла, в свою очередь, способствовать исчезновению неандертальцев. Крис Терни и его команда даже предполагают, что с «событием Адамса» связано появление одного из мотивов палеолитической наскальной живописи. Люди эпохи палеолита довольно часто оставляли на стенах пещер отпечатки своих ладоней, используя ладонь подобно трафарету. Растворенную красную охру набирали в рот и выплевывали на прижатую к каменной стене руку. В результате краска наносилась вокруг, а место, закрытое ладонью, оставалось незакрашенным. По мнению Терни, люди могли использовать охру в качестве солнцезащитного крема против повышенного уровня попадающего на Землю ультрафиолетового излучения.
