| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
Čtení magnetické historie Země
David Břeň
Z usazených hornin lze vyčíst řadu informací nejen o samotné geologii daného místa, ale také o změnách životního prostředí celé planetyPlaneta – nebeské těleso, které: 1) obíhá okolo Slunce. 2) má dostatečnou hmotnost, aby jeho gravitace překonala vnitřní síly pevného tělesa (dosáhne kulového tvaru odpovídajícího hydrostatické rovnováze). 3) vyčistí okolí své dráhy od drobnějších těles. Planetami jsou Merkur, Venuše, Země, Mars, Jupiter, Saturn, Uran a Neptun. V poslední době se název planeta vžil i pro exoplanety obíhající kolem jiných hvězd, než je naše Slunce. ZeměZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru.. Například v nich lze nalézt stopy po dopadech meteoritůMeteorit – pozůstatek po meteoroidu, těleso pocházející z meziplanetárního prostoru, které se srazilo s planetou (Země, Mars, …), přežilo průlet atmosférou a dopadlo na povrch. nebo změnách klimatuPodnebí – neboli klima. Dlouhodobá chrakteristika počasí, opírá se o dlouhodobé průměry teploty (v daném ročním období), srážkové úhrny, atp. Typicky se jedná o průměrování za období několika desítek let, dělají se ale i průměry za 10 000 let. Anglické přísloví: „Podnebí je to co očekáváme, počasí to, co máme“.. Geologové již dlouho studují změny v pomalu rostoucích horninách, které se celé věky se usazují na mořském dně, v tzv. feromanganové kůře [2]. Tyto vrstvy mohou být datovány různým způsobem, například pomocí analýzy radioaktivních izotopůIzotopy – prvky, jejichž jádra mají stejný počet protonů, ale různý počet neutronů. Všechny izotopy prvku mají stejné chemické vlastnosti, liší se však od sebe svými fyzikálními vlastnostmi, například hmotností, poločasem rozpadu atd., ale tato metoda není příliš použitelná ve vzorku s malými rozměry. A jeden milimetr sedimentů může narůstat stovky nebo i tisíce let a obsahovat tudíž i mnoho informací z velmi dlouhého období.
Planeta Země. Zdroj: NASA.
|
Země – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru. |
Ve spolupráci MITMIT – Massachusetts Institute of Technology, prestižní americká univerzita v massachusettském Cambridge. Univerzita byla založena Williamem Bartonem Rogersem v roce 1861. Skládá se z pěti škol a jedné koleje. Přestože jde o soukromou univerzitu, je podporována i státem. Spravuje livingstonskou část detektoru LIGO. a Vanderbiltovy univerzity ve Spojených státech a Univerzity v Kochi v Japonsku vznikla v nedávné době technologie umožňující číst tento archiv informací o našem prostředí s mnohem větší přesností. Využívá k tomu změn orientace zemského magnetického pole.
Severní a jižní magnetický pól Země zaměňují v nepravidelných intervalech svoji polohu, a tím vytvářejí v souvrství sedimentů citlivých na magnetické pole jakési přirozené čárové kódy, které lze použít na datování doby geologických změn. Tloušťky vrstev se místo od místa velmi liší. Některé vrstvy mohou být i kilometry silné, zatímco jiné jsou vysoké i méně než milimetr. Podstatné ale je, že jejich relativní tloušťka (jedna vrstva je například dvakrát silnější než druhá apod.) je na různých místech přibližně stejná.
Datování těchto pásů usazených hornin lze pak snadno provést na místech, kde zemská kůra roste rychle a kde jsou usazeniny relativně silné, například na středooceánských hřbetech. Tento nový nástroj umožňuje studium paleomagnetizmu (studium historie zemského magnetického pole) přenést až do mikroškál. Tým vědců testoval sedimentární feromanganové vrstvy tzv. skenovací SQUIDSQUID – citlivý magnetometr, kterým se měří velmi slabá magnetická pole za pomoci supravodivé smyčky obsahující Josephsonův spoj. Zařízením lze změřit i extrémně slabá pole až do 5×10–18 T. Název zařízení je zkratkou z anglického „Superconducting Quantum Interference Device“. Samotné slovo „squid“ znamená v češtině krakatice (hlavonožec žijící v oceánech). mikroskopií. Tato nová metoda byla testována mimo jiné i při datování vzorků hornin odebraných v severozápadním Pacifiku. Zde na oceánském dně sedimenty narůstaly velmi pomalu, řádově 5 mm za milion let. Porovnáním s datací získanou jinými metodami, například pomocí konvenčních metod rozpadu radioaktivních prvků, se správnost nové metody jednoznačně prokázala.
Tenký řez vzorku feromanganové kůry odebraného v Tichém oceánu byl analyzován SQUIDSQUID – citlivý magnetometr, kterým se měří velmi slabá magnetická pole za pomoci supravodivé smyčky obsahující Josephsonův spoj. Zařízením lze změřit i extrémně slabá pole až do 5×10–18 T. Název zařízení je zkratkou z anglického „Superconducting Quantum Interference Device“. Samotné slovo „squid“ znamená v češtině krakatice (hlavonožec žijící v oceánech). mikroskopem na Vanderbiltově univerzitě. Horní obrázek ukazuje snímek pořízený elektronovým mikroskopemElektronový mikroskop – mikroskop, který k zobrazení předmětů využívá vlnových vlastností svazku elektronů. Elektron se chová podobně jako světlo, jeho vlnová délka je ale výrazně kratší a tak je možné sledovat menší předměty než za pomoci světla. Elektronový mikroskop byl vynalezen v roce 1931 Ernstem Ruskou. a ve spodním obrázku jsou patrné magnetické oblasti. Červené v jednom směru magnetizaceMagnetizace – objemová hustota magnetického dipólového momentu. Jde o vektorový součet všech elementárních dipólových momentů dělený objemem látky. Jsou-li elementární magnety orientovány chaoticky, je výsledná magnetizace nulová. a modré v opačném. Zdroj [1].
Výhoda nové metody datování je ohromná. Dříve bylo při výzkumu paleomagnetizmu nutné získat a shromáždit stovky orientovaných vzorků sedimentů a trávit jejich analýzou celé měsíce, zatímco nyní lze tu samou práci vykonat na půlcentimetrovém vzorku, který díky přesnosti datování může navíc posloužit i jako dobře kalibrovaný nástroj k určování stáří sedimentů z mořského dna. Tato nová metoda bude velmi užitečná, protože klasickými metodami, jako je například odebírání vzorků ledu, bylo možné datovat nazpět maximálně několik set tisíc let. Novým magnetickým měřením bude možné datovat s vysokou přesností vzorky staré mnoho milionů let. Pak bude možné zjistit mimo jiné i to, jak se měnily mořské proudy, a tím také pochopit a poznat změny klimatu celé planety. Analýzu je také možné použít k datování dávných astronomických událostí, jako byly třeba dopady meteoritů na Zemi, a tak sledovat i jejich četnost. Tyto dopady mohly vést k ukládání izotopu železa 60Fe, který se na Zemi již normálně nevyskytuje. Nález tohoto izotopu v dávných sedimentech naznačuje možnost zvýšeného množství dopadů mikrometeoritů před mnoha miliony let.
Odkazy
- David L. Chandler: Reading Earth’s magnetic history; MIT News, March 4, 2011
- F. Chu et al.: Discovery of ferromanganese crust boundary and its genetic and ore prospecting slgmficance; Journal of Zhejiang University SCIENCE 6A(7) (2005) 656-662
- Benjamin Weiss homepage: Paleomagnetism Laboratory, Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences
