Jordens magnetfält, genererade cirka 3, 000 km under våra fötter i den flytande järnkärnan, trådar genom hela planeten och långt ut i rymden – skyddar liv och satelliter från skadlig strålning från solen. Men denna skärmningseffekt är långt ifrån konstant, eftersom fältstyrkan varierar avsevärt i både rum och tid.

Under det senaste århundradet, Fältstyrkan har förändrats relativt långsamt:den största förändringen är en minskning med 10 % i södra Atlanten, vilket fortfarande är en tillräckligt stor effekt för att orsaka elektroniska problem för satelliter som har passerat genom regionen. Dock, nya observationer och modellering tyder på att en mycket större förändring konstigt nog inträffade runt 1000 f.Kr. i en mycket mindre region.

Denna "geomagnetiska spik" erbjuder en potentiellt djupgående ny insikt i dynamiken och utvecklingen av jordens dolda inre som nu börjar avslöjas.

Så vad är geomagnetiska spikar och vilka är utsikterna och konsekvenserna av att en annan kommer? Den geomagnetiska spetsen från 1000 f.Kr. identifierades först från kopparslagghögar i Jordanien och Israel. Dessa daterades från organiskt material i slagghögarna med radiokoldatering.

Forskare undersökte sedan kopparn med hjälp av sofistikerade laboratorietekniker för att ta reda på vad jordens magnetfält var vid den tiden - och förlitade sig på det faktum att när smält järn svalnar snabbt, den fryser med en signatur av fältet i det ögonblicket. Genom att ta prover från olika lager av slagghögen – med lite olika åldrar och magnetisering – kunde de också se hur fältstyrkan förändrades med tiden. De fann att kopparslaggen hade registrerat jordens magnetiska fältstyrka stigande och sedan sjunkit med över 100 % på bara 30 år.

Oväntat höga fältstyrkor runt 1000 f.Kr. har också upptäckts i Turkiet, Kina och Georgien från en mängd olika källor. Anmärkningsvärt, fältstyrkan i Indien, Egypten och Cypern ungefär samtidigt var helt normalt, vilket indikerar att spiken kanske bara var 2, 000 km bred. En sådan snabb förändring över ett så litet område markerar den geomagnetiska spiken som en av de mest extrema variationerna av jordens magnetfält som någonsin registrerats.

Piggen som ses i Jordanien är resultatet av en mycket starkare och smalare magnetisk egenskap som skapades i jordens flytande kärna. Processen som genererade spiken är fortfarande höljd i mystik, även om det troligen är relaterat till flödet av järn i kärnan, som släpar runt magnetfältet när det rör sig (strömmar producerar magnetfält). Kärnan värms underifrån och kyls ovanifrån, så järnet inuti tros genomgå kraftig turbulent rörelse, liknar en starkt uppvärmd panna med vatten. En möjlighet är att spiken drogs till ytan av jordens kärna av en stråle av uppåtgående järn.

Efter det här, spiken kan ha rört sig nordväst innan den smälte samman med andra magnetiska egenskaper nära de geografiska polerna. Alternativt spetsintensiteten kan ha avtagit medan den låg kvar under Jordanien.

Alla dessa alternativ tyder på att beteendet hos det flytande järnet i toppen av jordens kärna runt 1000 f.Kr. var mycket annorlunda än det man ser idag. Det mesta av vår kunskap om kärnan härrör från ungefär de senaste 200 åren, motsvarande den tid då direkta magnetfältsmätningar varit tillgängliga. Före upptäckten av spiken fanns det ingen anledning att misstänka att kärnflödeshastigheterna skulle vara mycket annorlunda under 1000 f.Kr. till idag – faktiskt, de tillgängliga modellerna tyder på att det var liten skillnad.

Dock, att förklara de snabba förändringarna som är förknippade med spiken kräver flöden fem till tio gånger de för närvarande, en stor förändring på kort tid. Dessutom, en så smal spik kräver ett liknande lokaliserat flöde, vilket står i kontrast till de globala cirkulationer vi ser idag. Utsikten att järnkärnan skulle kunna flöda snabbare och förändras mer plötsligt än man tidigare trott, tillsammans med möjligheten att ännu mer extrema spikliknande händelser inträffade tidigare, utmanar några konventionella synpunkter på dynamiken i jordens kärna.

Framtida påverkan?

Förändringar i jordens magnetfält anses i allmänhet inte ha direkta konsekvenser för livet, men det finns potentiellt betydande samhälleliga konsekvenser som uppstår från vårt beroende av elektronisk infrastruktur. En mängd olika effekter kan uppstå från interaktioner mellan jordens magnetfält och laddade partiklar som når jorden från solen.

Av särskild betydelse är geomagnetiska stormar (orsakade av solvinden), som är kända för att orsaka strömavbrott och störningar i satellit- och kommunikationssystem. De ekonomiska konsekvenserna av svåra stormar beräknas uppgå till miljarder pund och deras betydelse återspeglas nu i det nationella riskregistret.

Geomagnetiska stormar tenderar att vara vanligast i regioner där jordens magnetfält är ovanligt svagt. Spikar är områden med ovanligt starka magnetfält, men en grundläggande naturlag innebär att de måste åtföljas av områden med svagare fält på andra håll på jordklotet. Nyckelfrågan är om fältet blir lite svagare över en stor region eller blir väldigt svag i bara en liten region. Det senare "anti-spik"-scenariot kan vara liknande eller mer extremt än den nuvarande svaga punkten i sydatlanten.

Om det blir fler spikar är svårt att säga. Tills helt nyligen, den jordanska spetsen var den enda sådan händelse som någonsin observerats. Dock, det finns nu lockande nya bevis för en annan spikliknande funktion i Texas, även omkring 1000 f.Kr. Vår förståelse för hur spikar ska se ut, hur de förändras med tiden, och hur de relaterar till det flytande järnets rörelse i jordens kärna förbättras också snabbt.

Tillsammans med numeriska simuleringar som modellerar dynamiken i jordens kärna, det kan snart vara möjligt att göra de första förutsägelserna om hur ofta toppar inträffar och de mest sannolika platserna där de kunde ha inträffat tidigare (och kan inträffa i framtiden). Det kan visa sig att de är vanligare än vi tror.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.