En ny studie från University of Leeds och University of California i San Diego avslöjar att förändringar i riktningen av jordens magnetfält kan ske 10 gånger snabbare än man tidigare trott.

Deras studie ger ny insikt i det virvlande flödet av järn 2800 kilometer under planetens yta och hur det har påverkat magnetfältets rörelse under de senaste hundratusen åren.

Vårt magnetfält genereras och upprätthålls av ett konvektivt flöde av smält metall som bildar jordens yttre kärna. Rörelse av det flytande järnet skapar de elektriska strömmarna som driver fältet, som inte bara hjälper till att styra navigationssystem utan också hjälper till att skydda oss från skadlig utomjordisk strålning och hålla vår atmosfär på plats.

Magnetfältet förändras ständigt. Satelliter ger nu nya sätt att mäta och spåra dess nuvarande skift, men fältet existerade långt innan uppfinningen av mänskligt tillverkade inspelningsenheter. För att fånga fältets utveckling tillbaka genom geologisk tid analyserar forskare magnetfälten som registrerats av sediment, lavaströmmar och konstgjorda konstverk. Att noggrant spåra signalen från jordens kärnfält är extremt utmanande och därför diskuteras fortfarande hastigheten för fältförändringar som uppskattas av dessa typer av analyser.

Nu, Dr Chris Davies, docent vid Leeds och professor Catherine Constable från Scripps Institution of Oceanography, UC San Diego, i Kalifornien har tagit ett annat tillvägagångssätt. De kombinerade datasimuleringar av fältgenereringsprocessen med en nyligen publicerad rekonstruktion av tidsvariationer i jordens magnetfält som sträcker sig över de senaste 100, 000 år

Deras studie, publiceras i Naturkommunikation , visar att förändringar i riktningen av jordens magnetfält nådde hastigheter som är upp till 10 gånger större än de snabbaste för närvarande rapporterade variationerna på upp till en grad per år.

De visar att dessa snabba förändringar är förknippade med lokal försvagning av magnetfältet. Detta innebär att dessa förändringar i allmänhet har inträffat vid tillfällen då fältet har omvänt polaritet eller under geomagnetiska avvikelser när dipolaxeln - motsvarande fältlinjer som kommer ut från en magnetisk pol och konvergerar vid den andra - rör sig långt från platserna i nord och söder geografiska poler.

Det tydligaste exemplet på detta i deras studie är en kraftig förändring i det geomagnetiska fältets riktning på ungefär 2,5 grader per år 39, 000 år sedan. Denna förändring var förknippad med en lokalt svag fältstyrka, i en begränsad rumslig region strax utanför Centralamerikas västkust, och följde den globala Laschamp -utflykten - en kort vändning av jordens magnetfält ungefär 41, 000 år sedan.

Liknande händelser identifieras i datorsimuleringar av fältet som kan avslöja många fler detaljer om deras fysiska ursprung än den begränsade paleomagnetiska rekonstruktionen.

Deras detaljerade analys indikerar att de snabbaste riktningsförändringarna är förknippade med rörelse av omvända flödesfläckar över ytan av vätskekärnan. Dessa fläckar är vanligare på lägre breddgrader, föreslår att framtida sökande efter snabba förändringar i riktning bör fokusera på dessa områden.

Dr Davies, från School of Earth and Environment, sa:"Vi har mycket ofullständig kunskap om vårt magnetfält före 400 år sedan. Eftersom dessa snabba förändringar representerar något av det mer extrema beteendet hos den flytande kärnan kan de ge viktig information om beteendet hos jordens djupa inre."

Professor Constable sa:"Att förstå huruvida datorsimuleringar av magnetfältet exakt återspeglar det fysiska beteendet hos det geomagnetiska fältet, som härleds från geologiska register, kan vara mycket utmanande.

"Men i det här fallet har vi kunnat visa utmärkt överensstämmelse i både förändringstakten och den allmänna platsen för de mest extrema händelserna inom en rad datasimuleringar. Ytterligare studier av den utvecklande dynamiken i dessa simuleringar erbjuder en användbar strategi för att dokumentera hur sådana snabba förändringar inträffar och om de också finns under tider av stabil magnetisk polaritet som vad vi upplever idag."