ההיסטוריה המגנטית של כדור-הארץ כתובה בקרח

ההיסטוריה של כוכב-הלכת שלנו מתועדת, בין היתר, בהיפוכים הרבים של קטביו המגנטיים. מדעני מכון ויצמן למדע מציעים דרך חדשה לקרוא את התיעוד ההיסטורי הזה: בקרח. ממצאיהם, שפורסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Earth and Planetary Science Letters, עשויים להוביל לשיפור בחקר דגימות של ליבות קרח שהוצאו מקרחונים בקטבים של כדור-הארץ, ובעתיד ייתכן שאף יסייעו בהבנת ההיסטוריה המגנטית של גופים שמימיים אחרים במערכת השמש שלנו, ובהם מאדים וירחו של צדק, אירופה.

הרעיון לקשר האפשרי בין קרח להיסטוריה מגנטית נולד הרחק ממשטחי הקרח של כדור-הארץ – על האי שטוף השמש קורסיקה, שבו השתתף פרופ' עודד אהרונסון, מהמחלקה למדעי כדור-הארץ וכוכבי-הלכת, בכנס בנושא מגנטיות. ליתר דיוק, משתתפי הכנס דנו בתחום המכונה פלאומגנטיות –חקר מינרלים מגנטיים שנלכדו בסלעים או בקרקעית האוקיינוס; הכיוון המגנטי שהוטבע במינרלים אלה בעת שנלכדו יכול ללמד על השדה המגנטי ששרר בכדור-הארץ באותה העת. היפוכי קטבים מגנטיים אלה מתרחשים במרווחים אקראיים לאורך ההיסטוריה של כוכב-הלכת שלנו כתוצאה מהתנועה הכאוטית של מתכות מותכות במעמקי ליבת כדור-הארץ.

"אם ניתן למצוא כמויות קטנות של חומרים מגנטיים בקרקעית האוקיינוס, אולי אפשר גם לאתרם – ולמדוד אותם – בקרח", אמר לעצמו פרופ' אהרונסון במהלך הכנס. חלק מהקרח הכלוא בקרחוני גרינלנד או אלסקה הוא בן אלפי שנים, ובדומה לטבעות עצים, שכבות קרח אלה מרובדות בהתאם לתקופות שבהן נוצרו. ליבות קרח – גלילים ארוכים הנקדחים מעומקם של הקרחונים – משמשות כבר כיום במחקר כדי להתחקות אחר סימנים לעידני קרח או התחממות בהיסטוריה של כדור-הארץ. מדוע, אם כן, לא לחפש בשכבות קרח אלה תיעוד של היפוכי הקוטב המגנטי של כוכב-הלכת שלנו?

אנו יודעים כי פני השטח של מאדים ושל ירחים גדולים וקפואים כמו אירופה של צדק נחשפו לשדות מגנטיים. יהיה מסקרן ביותר לחפש היפוכים בשדה המגנטי בקרח שנדגם מגופים אלה"

כדי להשיב על שאלה זו, פרופ' אהרונסון ותלמיד המחקר יובל גרוסמן, שהוביל את הפרויקט, היו מוכרחים להשיב קודם על השאלה אם ההיסטוריה המגנטית של כדור-הארץ מתועדת בכלל בתהליך היווצרות הקרח בקטבים. פרופ' אהרונסון וגרוסמן שיערו שאפשר יהיה למצוא בקרח חלקיקים מגנטיים, שמקורם באבק האטמוספרי ששימש כגרעינים אשר סביבם נבנו פתיתי השלג שנשרו בקטבים והפכו לחלק משכבות הקרח בקרחונים.

כדי לברר עניין זה, הקים צוות המחקר מערך ניסוי המדמה היווצרות קרח בקרחוני הקוטב. באמצעות טחינה דקיקה של קרח, שיוצר ממים מטוהרים, יצרו החוקרים במעבדה שלג מלאכותי, הוסיפו לו מעט אבק מגנטי, ונתנו לו ליפול דרך מבנה דמוי גליל שנחשף לשדה מגנטי חיצוני שבו שלטו המדענים. שמירה על טמפרטורות נמוכות – סביב 30 מעלות צלזיוס מתחת לאפס – אפשרה לצוות המחקר לייצר "ליבות קרח" מיניאטוריות, שבהן השלג והאבק קפאו לכדי קרח קשה.

"אם חלקיקי האבק לא מושפעים משדה מגנטי חיצוני, הם צפויים לנשור בכיוונים אקראיים המבטלים זה את זה", אומר פרופ' אהרונסון. "אבל אם חלק מחלקיקי האבק הושפעו מהשדה החיצוני ממש סמוך לקפיאתם, אפשר יהיה לגלות באמצעותם את המומנט המגנטי".

כדי למדוד את המגנטיות של ליבות הקרח שיצרו במעבדה, הביאו אותן מדעני המכון למעבדתו של ד"ר רון שער באוניברסיטה העברית בירושלים, שבה מותקן מגנטומטר רגיש ביותר, המסוגל למדוד אף מומנט מגנטי קל שבקלים. צוות המחקר גילה מומנט מגנטי קטן אך נוכח, התואם את השדות המגנטיים שהוחלו על דגימות הקרח שלהם.

"נהוג היה עד כה ללמוד על ההיסטוריה הפלאומגנטית של כדור-הארץ באמצעות חקר שכבות סלע; במחקר זה הראינו כי חקר דגימות של ליבות קרח שהוצאו מקרחונים עשוי לחשוף ממדים נוספים של היסטוריה זו, או לסייע לתארך באופן מדויק יותר ממצאים אחרים בקרחונים", אומר פרופ' אהרונסון. "כמו כן, אנו יודעים כי פני השטח של מאדים ושל ירחים גדולים וקפואים כמו אירופה של צדק נחשפו לשדות מגנטיים. יהיה מסקרן ביותר לחפש היפוכים בשדה המגנטי בקרח שנדגם מגופים אלה במערכת השמש שלנו". בהתאם לכך הציע פרופ' אהרונסון פרויקט מחקר למשימת חלל עתידית, שתבצע דגימה של ליבות קרח במאדים, והוא מקווה שהמחקר הנוכחי, שהדגים את היתכנות המדידה של היסטוריה מגנטית באמצעות דגימות קרח בכדור-הארץ, יקדם את הפרויקט המוצע.

לקבלת מידע נוסף, תמונות ולתיאום ראיונות:
משרד הדובר - מכון ויצמן למדע
08-9343856 news@weizmann.ac.il