En ny studie från University of Liverpool, i samarbete med universiteten i Lancaster och Oslo, kastar ljus över en långvarig fråga som har förbryllat jordforskare.

Använda tidigare otillgänglig data, forskare vid universitetet bekräftar en korrelation mellan plattektonikens rörelse på jordens yta, flödet av mantel ovanför jordens kärna och hastigheten för omkastningen av jordens magnetfält som länge har antagits.

I en artikel publicerad i tidskriften Tectonophysics, de tyder på att det tar cirka 120-130 miljoner år för plattor av den gamla havsbotten att sjunka (subducera) från jordens yta till ett tillräckligt djup i manteln där de kan kyla kärnan, vilket i sin tur gör att det flytande järnet i jordens yttre kärna flyter kraftigare och producerar fler omkastningar av jordens magnetfält.

Denna studie är den första som visar denna korrelation med hjälp av register och proxyservrar av globala subduktionshastigheter från olika källor, inklusive en kontinuerlig global plåtrekonstruktionsmodell utvecklad vid University of Sydney. Dessa rekord jämfördes med en ny sammanställning av magnetfältsvängningar vars förekomst är låst i vulkaniska och sedimentära bergarter.

Liverpool paleomagnetist, Professor Andy Biggin, sa:"Tills nyligen hade vi inte tillräckligt bra uppgifter om hur mycket globala subduktionshastigheter hade förändrats under de senaste hundratals miljoner åren och så vi hade inget att jämföra med de magnetiska rekorden.

"När vi kunde jämföra dem, vi fann att de två registreringarna av subduktion och magnetisk omkastningshastighet verkar vara korrelerade efter att ha tillåtit en tidsfördröjning på 120-130 miljoner år för havsbottnens plattor att gå från ytan till ett tillräckligt djup i manteln där de kan kyla kärnan.

"Vi vet inte säkert att sambandet är kausalt men det verkar passa med vår förståelse av hur skorpan, mantel och kärna borde alla samverka och detta värde på 120-130 miljoner skulle kunna ge en riktigt användbar observationsbegränsning för hur snabbt plattor av forntida havsbotten kan falla genom manteln och påverka flödesströmmar inom den och i den underliggande kärnan."

Magnetfältet genereras djupt inne i jorden i en flytande yttre kärna av järn och andra element som skapar elektriska strömmar, som i sin tur producerar magnetfält.

Kärnan är omgiven av en nästan 3, 000 km tjock mantel som även om den är gjord av fast sten, flyter mycket långsamt (mm per år). Manteln producerar konvektionsströmmar som är starkt kopplade till rörelsen hos de tektoniska plattorna men som också påverkar kärnan genom att variera mängden värme som överförs över gränsen mellan kärnan och manteln.

Jordens magnetfält vänder ibland sin polaritet och den genomsnittliga tiden mellan sådana vändningar har förändrats dramatiskt genom jordens historia. Till exempel, idag sker sådana magnetiska omkastningar i genomsnitt fyra gånger per miljon år men för hundra miljoner år sedan, fältet höll sig i huvudsak i samma polaritet i nästan 40 miljoner år.

Professor Biggin leder universitetets forskningsgrupp Determining Earth Evolution from Palaeomagnetism (DEEP) som samlar forskningsexpertis inom geofysik och geologi för att utveckla paleomagnetism som ett verktyg för att förstå djupa jordprocesser som sker över tidsskalor från miljoner till miljarder år.

Uppsatsen "Subduction flux modulates the geomagnetic polarity reversal rate" publiceras i Tektonfysik .