Toelichting Theorie ompoling aardmagnetisch veld

door Theo Wolters, 25 augustus 2011

Gangbare verklaringen voor het magnetisch veld en de ompolingen

Een onderzoek naar wetenschappelijke verklaringen voor het gedrag van het aardmagnetisch veld leverde drie algemeen geaccepteerde aannames op:

1. Het aardmagnetisch veld wordt veroorzaakt door wervelingen in de buitenkern die het gevolg zijn van convectie
2. Het snelheidsverschil tussen de mantel en de binnenkern wordt veroorzaakt door de wervelingen in de buitenkern, waarschijnlijk zelfs door de magnetische verschijnselen die daarbij spelen, waardoor de snelheid van de binnenkern wordt beïnvloed.
3. De ompolingen van het aardmagnetisch veld vinden hun oorzaak en energiebron in complexe stromingsverschijnselen in de buitenkern

Wat wetenschappers over deze aannames naar buiten brengen, getuigt meestal van veel onzekerheid, en niemand beweert iets te kunnen bewijzen. Men is al blij als uit berekeningen, modellen of experimenten blijkt dat de ze niet direct leiden tot het sneuvelen van de algemeen aanvaarde aannames.

Zo worden er experimenten gedaan (universiteit van Maryland) met metingen aan een draaiende bol met verhit vloeibaar metaal, om te zien of er eigenlijk wel een veld ontstaat. Het is opvallend dat het opgewekte veld sterk afwijkt van het aardmagnetisch veld, doordat de polariteit weliswaar noord-zuid georiënteerd is, maar dat beide polen gelijke polariteit hebben, en de andere polariteit op de evenaar optreedt.

Draaiende bol met vloeibaar metaal en magneetsensors, en het gemeten magnetisch veld

Inmiddels is er een nieuw experiment gebouwd, waarbij er een vaste kern is toegevoegd, die met een sterk afwijkende snelheid draait.

Schets en foto van de nieuwe test-opzet

De bekende magnetisme onderzoeker Glatzmayer is er zelfs in geslaagd een min of meer spontane ompoling te realiseren in zijn zeer complexe modellen. Toch wordt ook op de site waar deze ompoling getoond wordt gesteld dat de wetenschappers nog niet begrijpen hoe en waarom ompolingen in werkelijkheid tot stand komen.

Beelden uit ompolings-animatie van Glatzmayer

Het mechanisme vanuit een gedachte-experiment

De wervelingen die er zijn in de buitenkern, zijn in ieder geval gedeeltelijk het gevolg van convectie, en die convectie is dus in zekere zin de veroorzaker van het magnetisch veld. Toch hoop ik met een gedachte-experiment aannemelijk te maken dat de energiebron van het magnetisch veld en de oorzaak van de ompoling extern zijn.

Gedachte 1
Veronderstellen we daartoe eerst een uitgangssituatie waarin convectiewervelingen een random, gelijk over de hele buitenkern verdeeld, patroon hebben aangenomen, puur gebaseerd op de thermodynamische omstandigheden. Wervelingen nemen dan lokaal een soort 8-vorm aan, en neigen, door wrijving langs elkaar en hun omgeving, naar symmetrie. Dalingen en stijgingen worden dan immers met de minste wrijving gedeeld met de ernaast liggende werveling.
Deze situatie levert volgens de deskundigen geen resulterend aardmagnetisch veld op.

Tegen elkaar in draaiende wervelingen in de buitenkern als gevolg van convectie: geen veld

De bestaande opvattingen vooronderstellen vervolgens inwendige krachten of verschijnselen, waardoor de wervelingen toch bijna altijd sterk asymmetrisch zijn en een duidelijke voorkeursrichting hebben, waaruit een redelijk stabiel aardmagnetisch veld resulteert. Ook zou hierdoor een langdurige en sterke kracht in één bepaalde richting op de kern worden uitgeoefend, voldoende om deze enorme massa een versnelling of vertraging te geven ten opzichte van de mantel, als gevolg van wrijving dan wel magnetische inductie.

Dit is moeilijk voor te stellen: er zijn geen redenen te bedenken waarom er langdurig een soort asymmetrisch wervelpatroon zou optreden. De bewegingen zijn het gevolg van temperatuur- en dichtheidsverschillen, en van de ruimte waarin de beweging plaatsvindt, en zullen dus geen sterke voorkeur voor een bepaalde draairichting hebben. Zeker niet wanneer door asymmetrie arbeid verricht zou worden, zoals hier het geval zou zijn. Het zou in mijn ogen ook heel verwonderlijk zijn als die wervelingen zich dan ook nog eens toevallig altijd in hoge mate noord-zuid zouden oriënteren. Hoe dat door Corioliskrachten zou kunnen worden veroorzaakt (dit wordt ook wel beweerd) ontstijgt mijn voorstellingsvermogen. Maar zelfs al zijn de wervelingen asymmetrisch, ontstaan vanuit een inwendige drijvende kracht, en ontstaat daardoor een veld; en al zijn het tóch Corioliskrachten, die dit veroorzaken; ook dan (misschien juist dan?) blijft het een mysterie waarom die inwendige krachten opeens de andere kant op zouden gaan werken en een ompoling zouden veroorzaken. Het gaat daarbij om enorme energieomzettingen. Die gebeuren niet zomaar.

Gedachte 2
Dus terug naar de uitgangssituatie met de convectiewervelingen, nog ongestoord en volkomen random verdeeld over de buitenkern, zonder resulterend aardmagnetisch veld.

Als in deze situatie, door een buitenliggende oorzaak, de mantel iets sneller zou gaan bewegen, en dus tijdelijk sneller draait dan de binnenkern, wordt dát deel van de wervelingen in de buitenkern dat met de mantel meebeweegt, wat wrijving betreft, bevoordeeld en versterkt, en het deel dat tegengesteld draait benadeeld en vertraagd, en ontstaat voor de hele aarde een magnetisch verschilveld. Uiteindelijk houd je dan een aantal grotere velden over met een duidelijke noord/zuid oriëntatie, een gelijke rotatierichting, en dus een resulterend N/Z of Z/N aardmagnetisch veld.

Daartussen zullen zich nog steeds hun voormalige “tegenwervelingen” bevinden, maar sterk verzwakt. In deze situatie is evenwicht tussen de wrijvingswaarden, en is dus een stabiel veld mogelijk. Bij een eventueel daarop volgende vertraging van de mantel wordt het punt bereikt dat weer alle wervelingen gemiddeld op nul uitkomen. Dit gebeurt een tijdje nadat de kern de mantel inhaalde, nl vertraagd door de massatraagheid in de wervelingen.
Als de mantel verder vertraagt, zal er een omgepoold veld ontstaan.

Ondersteunende verschijnselen

Mijn theorie wetenschappelijk bewijzen ligt helaas niet binnen mijn mogelijkheden, ik ben geen wetenschapper. Ik kan daarom alleen maar kijken of belangrijke, aan het veld en de ompoling verwante verschijnselen met mijn theorie te verklaren zijn of niet. Ik heb inmiddels zeven tot nu toe onverklaarde verschijnselen gevonden die vanuit mijn theorie wél goed te verklaren zijn.

1. De mysterieuze stabiele periode in het Krijt

Hét grote raadsel uit de ompolingsgeschiedenis is: hoe kan het, dat het veld over het algemeen vaak ompoolt (om de 250.000 tot 1.000.000 jaar), maar in het Krijt opeens maar liefst 40.000.000 jaar lang niet verandert?

Polariteit aardmagnetisch veld gedurende de laatste 160.000.000 jaar, met stabiel veld in het Krijt (125 tot 85 miljoen jaar geleden)

Oorzaken voor versnelling van de aardmantel

Uit de artikelen die ik heb gelezen en uit de gesprekken met Ernst Schrama, heb ik een aantal parameters gevonden die invloed hebben op de rotatiesnelheid van de aardmantel, ofwel de “length of day” (LOD):
• massaverdeling van de buitenmantel, plaats der continenten
• ijstijden en de naweeën daarvan (afplatten en uitbollen van de mantel)
• zwaartekrachtkoppeling met maan en zon
• getijdenwerking, vorm van oceanen
• oppervlaktewrijving met wind (AAM atmospheric angular momentum)
• seismische activiteit
• grote meteorietinslagen
• bekende koppelingen op korte tijdschaal (C(omplex)AM, AAM, oceanen) vs onbekende koppelingen op grotere tijdschaal (citaat uit een rapport)

De stabiele periode in het Krijt

Als we deze parameters bekijken in het Krijt, dan blijken we met een heel bijzondere periode te maken te hebben. Het is het moment dat met vrij grote snelheid en met veel seismisch geweld Gondwana uiteen viel in een aantal continenten, met een aanzienlijke oceaan daartussen. Ook maakte Noord Amerika zich los van Laurasia.

Een uniek moment in de wording van de aarde zoals we hem nu kennen, waarbij twee noord-zuid aanliggende supercontinenten uiteen vielen en zich oost-west gelijkmatig over de aardbol verspreidden.

De supercontinenten aan het begin en halverwege de stabiele magnetische periode in het Krijt

De situatie aan het einde van de stabiele periode

De grote veranderingen in de verdeling van de massa van de continenten over de aarde in het Krijt zijn onmiskenbaar van invloed geweest op de meeste bovengenoemde parameters die de LOD bepalen. Het heeft dus ongetwijfeld geleid tot een wezenlijk andere LOD. Met name door de volstrekt andere verdeling van de continenten over de aarde: van alle massa puur aan één kant, naar bijna gelijkmatig verdeeld, en van één oceaan met getijdenwerking naar meerdere veel kleinere oceanen.

Dit proces voltrok zich bij benadering gedurende de 40.000.000 jaar waarin het veld niet is omgepoold. Mijn stelling is uiteraard dat dit komt omdat de kern de uitzonderlijk lang constante snelheidsverandering van de mantel met een vertraging volgde en hem al die tijd nooit inhaalde.

Volume vorming oceaankorst

Er zijn overigens nog andere zeer sterke aanwijzingen voor deze verklaring van dit zg. Krijt Supertron:

De periode van uitzonderlijk grote oceaankorstvorming valt precies samen met het Krijt Supertron

Uit de snelheid van de oceaankorstvorming zou men kunnen afleiden dat de plotselinge vertraging van de beweging van de continenten (80 ma geleden) ook een einde maakte aan de langdurige constante versnelling van de aardmantelrotatie, waardoor weer ompolingen mogelijk werden. Zelfs het subtiele verschil tussen de daarna langzaam dalende korstvorming en een stilvallen ervan (30 m.a. geleden) is duidelijk zichtbaar in de plotseling toenemende ompolingsfrequentie.

De polariteitsvoorkeur van het aardmagnetisch veld blijkt sterk te correleren met de Wilson cyclus.

Vanuit mijn theorie bekeken is ook de correlatie tussen de Wilson cyclus en de polariteitsvoorkeur van het aardmagnetisch veld volstrekt logisch: afhankelijk van de fase in de Wilsoncyclus zal de verplaatsing van de continenten een versnellend of een vertragend effect hebben op de rotatiesnelheid van de aarde. Bij een grote versnelling (zoals in het Krijt) overheerst dit effect de andere invloeden en ontstaat een supertron, bij een kleinere versnelling kunnen andere invloeden wél tot ompolingen leiden, maar zal men de onderliggende Wilson-trend nog steeds terugvinden in een polariteitsvoorkeur.

Andere verklaring

Recent vond ik een opmerkelijk artikel in NGV Geonieuws (302) van Prof Dr A.J. van Loon over een onderzoek in 2002. Hoewel dit niet over magnetisme ging, bevestigt het op meerdere punten mijn aannames, en vormt het als het ware het sluitstuk van mijn theorie.

Gedurende het Krijt ging de aarde sneller om zijn as ging draaien. Dat blijkt uit berekeningen die de Franse onderzoekers Philippe Machetel en Emile Thomassot op basis van een door hen ontwikkeld model hebben uitgevoerd. Uit paleontologische gegevens (groeistructuren) was al bekend dat dit verschijnsel enkele malen moet hebben plaatsgevonden, met als duidelijkste voorbeelden de tijdsintervallen tussen 420 en 360 miljoen jaar geleden, en tussen 200 en 80 miljoen jaar geleden. De dag werd toen dus korter. Omdat de aarde als systeem energie verliest door wrijving (met de eigen dampkring en met interplanetaire gassen) verloopt de draaiing in grote lijnen steeds langzamer, en wordt de dag dus juist steeds langer. Het is lang moeilijk te verklaren geweest hoe een dergelijke tijdelijke verkorting van de dag kon optreden.

De laatste periode waarin de aarde sneller om zijn as ging draaien viel samen met een periode waarin de polen duidelijk van plaats veranderden, en waarin ook de aardmantel wereldwijd meer warmte aan de aardkorst afstond (en dus zelf warmer dan gewoonlijk moet zijn geweest). Het was duidelijk dat deze gegevens wezen op een verband tussen de diverse verschijnselen, en dat het verband in de aardmantel te vinden moest zijn. Van de aardmantel is echter relatief weinig bekend, omdat er (nog) geen directe waarnemingen kunnen worden gedaan.

Op basis van seismische gegevens is over de mantel echter wel bekend dat er (behalve een verandering op ongeveer 400 km diepte) een plotselinge dichtheidsverandering in optreedt op een diepte van ongeveer 670 km. Op basis van door vulkanen uitgeworpen mantelmateriaal en van laboratoriumproeven, staat redelijk zeker vast dat die dichtheidsverandering het gevolg is van een faseovergang: van het mineraal spinel naar perovskiet en magnesiowustiet. Verder is bekend dat er convectiestromen optreden. Die convectiestromen zijn – op geologische termijn – veranderlijk, zowel in aantal als in plaats. Op basis van onder meer die gegevens zijn de onderzoekers aan het rekenen geslagen, in het bijzonder voor de laatste periode waarin de aarde sneller ging draaien (het Krijt).

De conclusie van de onderzoekers is dat de massa van de mantel met de tijd verandert. Daardoor ontstaan perioden waarin zich meer of juist minder materiaal boven, tussen of onder de twee vlakken met dichtheidssprongen bevindt. Dat leidt tot verstoring van die vlakken, waarbij plotseling enorme ‘lawines’ van mantelmateriaal door die grensvlakken heenbreken. De traagheid – en daarmee de omwentelingssnelheid van de aarde – wordt vooral door die ‘lawines’ bepaald. Een snellere draaiing van de aarde wordt daardoor onder bepaalde omstandigheden mogelijk.

Uit dit onderzoek blijkt in de eerste plaats dat mijn aanname dat de snelheid van de aardmantel gedurende het Krijt een constante versnelling heeft gekend, juist is. Dit had ik voorspeld omdat dit volgt uit mijn theorie. Ik had er ook een aantal mogelijke oorzaken voor aangegeven. Maar pas nu blijkt mijn aanname ook empirisch bevestigd te zijn. In de tweede plaats geven de onderzoekers aan dat de aardmantel inderdaad geen constante snelheid heeft, maar dat sterke variaties eerder regel dan uitzondering zijn. Ten derde geven zij hiervoor een extra, nog niet aan mij bekende oorzaak aan.

Ik kan niet bepalen of de LOD schommelingen inderdaad in hoofdzaak bepaald worden door deze fase-overgangen. Het is m.i. onwaarschijnlijk dat deze 40 miljoen jaar lang de LOD zouden kunnen vastpinnen, en hiervoor wordt ook geen verklaring gegeven. Los van de waarnemingen die eraan ten grondslag liggen, lijkt het verhaal redelijk speculatief:

– de aarde verliest in mijn ogen geen energie aan zijn eigen dampkring, omdat die met haar meedraait. Er is immers geen wrijving met het zo goed als luchtledige heelal.
– de warmtestroom van mantel naar aardkorst is een functie van de warmtegeleiding van de korst en dus van de dikte ervan. In de onderzochte periode was er relatief veel meer dunne oceaankorst, met een groter warmteverlies tot gevolg. Dit zou de waarnemingen goed kunnen verklaren.
Een tijdelijk significant warmere aardmantel is m.i. onverklaarbaar.

Aangezien ik van deze lawines niet direct de cycliciteit zou verwachten die mijn simulatie in de volgende paragraaf doet vermoeden, acht ik het mogelijk dat ze slechts een beperkte rol spelen. Maar voor de theorie is dat niet van belang: elke dynamische factor die de aardmantelsnelheid beïnvloedt, werkt mee aan de wisselingen van het aardmagnetisch veld, en versterkt daarmee mijn theorie.

2. Het onregelmatige ompolingspatroon vóór en na het Krijt

In op het Krijt volgende periode is er sprake van een zeer sterke afname in de tijd tussen de ompolingen. Blijkbaar verdwijnt de grote oorzaak voor langdurige versnelling in een bepaalde richting, omdat de continenten niet meer naar een (in dit verband) principieel andere ligging hebben bewogen. Hoe minder langdurig de versnelling van de mantel is, hoe dichter de snelheden van kern en mantel bij elkaar liggen, en hoe kleiner een verschijnsel kan zijn om een oorzaak te kunnen zijn voor een ompoling. Na het Krijt ontstond dus een schijnbaar random patroon van ompolingen, veroorzaakt door minder langdurige, minder significante, en al dan niet cyclische factoren die de LOD beïnvloedden. .

De vraag is nu: is dat patroon wellicht óók verklaarbaar? Ik vermoedde van wel. Daartoe heb ik een simpel programma geschreven, waarbij ik de rotatiesnelheid van de mantel (blauw) samenstelde uit twee sinus-oscillaties, waarvan één met een random factor in de amplitude. Daar liet ik de binnenkern (paars) met vertraging puur passief (integrerend) op reageren. De sterkte van het aardmagnetisch veld (geel) definieerde ik als het resulterende snelheidsverschil tussen mantel en kern. De polariteit van het veld heb ik nog apart in het zwart weergegeven. Deze is afgeleid uit de gele grafiek: hoog bij positieve waarde en laag bij negatieve waarde van het magnetisch veld. Deze zwarte zigzaglijn is daardoor te vergelijken met de ompolingskaarten.

Model uitgaande van twee cyclische invloeden op de rotatiesnelheid van de aardmantel, de daarvan afgeleide snelheid van de binnenkern, en een resulterend magnetisch veld

Het schijnbaar willekeurige patroon dat hier direct uit ontstond vertoonde een verbluffende overeenkomst met de bekende zeer onregelmatig ogende ompolingskaarten. En dat bij slechts twee bijna volledig regelmatige oscillaties als drijvende krachten.

Ik vermoed dat er veel factoren van invloed zijn op de LOD, maar ben geneigd om, zolang er geen grote veranderingen in de plaats der continenten optreden, voor de ompolings-cyclustijd sinds het Krijt (250.000 – 1.000.000 jaar) de oorzaak van grote bewegingen vooral te zoeken in zwaartekrachtkoppelingen met de zon en de maan.

Het ligt voor de hand dat dit cyclische beïnvloedingen zijn. In dat geval zou mijn programmaatje toevallig ook nog een model zijn dat enig verband houdt met de werkelijkheid! Dit zou het zelfs mogelijk maken om voorspellingen te doen. Maar ook een samenstel van zeer onafhankelijke en willekeurige invloeden zou het patroon in de periode sinds het Krijt kunnen verklaren, en daarbij niet in strijd zijn met de lange constante periode daarvoor, die een duidelijk aanwijsbare oorzaak had. Helaas wordt de voorspelbaarheid van het huidige ompolingsgedrag in dat geval gering.

Ter vergelijking met de ompolings kaarten: Drie uitdraaien met verschillende random amplitudevariaties op één van de oscillatiebronnen (boven: één cyclus, onder vier cycli)

3. De verplaatsing van de magnetische noordpool

De aarde roteert zoals bekend niet keurig om zijn as, maar vertoont een spin van de rotatie as, waardoor de hoek t.o.v. het heelal in een cyclus van 26.000 jaar verandert. Maar er zijn nog vele andere, kort-cyclische variaties in de beweging van de rotatie-as van de aarde, waaronder de nutatie (zie figuur) het meest dominant lijkt.

Wanneer de beweging van de binnenkern, zoals ik beweer, in hoofdzaak het gevolg is van het passief, vertraagd volgen van de mantel, zal de rotatie-as van de binnenkern hier dus ook vertraagd op reageren. Dit geeft in mijn theorie een anders gerichte drijvende kracht aan de wervelingen in de buitenkern, waarvan de oriëntatie zich dus aan het veranderende krachtveld zal aanpassen. De as van het aardmagnetisch veld, als de optelling van de velden van alle wervelingen, zou zich dan dus met een vertraging, ook in een grillig precessie-achtig patroon t.o.v. de aardas moeten bewegen.

Rotatie, Precessie en Nutatie Verplaatsing van de noordpool Seismisch gemeten spin van de binnenkern

Nu is er al geruime tijd bekend dat de magnetische as van de aarde zich de laatste eeuwen met een grillig pad heen en weer beweegt door de noordelijke gebieden van Canada, met een duidelijke versnelling in de laatste decennia.

Los daarvan staan waarnemingen van Song & Richards in een artikel waar Prof. Kroonenberg me op wees. Daarin bewijzen ze aan de hand van seismische metingen dat de binnenkern inderdaad gedurende de laatste 40 jaar een precessie-achtige beweging heeft gemaakt t.o.v. de aardas.

Beide verschijnselen vonden plaats in een vergelijkbaar tijdbeslag (enige tientallen jaren) en betroffen een verplaatsing van de rotatie-as van vergelijkbare orde (graden per jaar).
Het zal duidelijk zijn dat ze naadloos in mijn theorie passen en in mijn ogen dan ook sterk samenhangen.

4. Toename van vulkanische en geologische activiteit bij een ompoling

Tijdens een ompoling blijkt er volgens sommige rapporten een sterke toename in vulkanische en geologische activiteit op te treden. Dit zou samen kunnen hangen met de oorzaak van de ompoling, in plaats van met de ompoling zelf.

De door mij aangenomen samenhang tussen de rotatie van de binnenkern en de mantel, houdt in dat de kracht op de kern wordt uitgeoefend door de onderzijde van de aardmantel. Uiteraard is deze kracht ook van invloed op de convectiestromingen van het magma in de aardmantel en dus op de drijvende kracht van de platentektoniek. Zeker wanneer de platen via dalende “slabs” een mechanische verbinding hebben met de D”laag die zich tussen de mantel en de kern bevindt, zoals door sommigen wel wordt beweerd. Wanneer de mantel de kern inhaalt, keert de richting van deze kracht om. Dat heeft zeker gevolgen voor de kracht van de convectiestromen. Bij tot op de D”laag dalende “slabs” zou op bepaalde plaatsen in de mantel zelfs een omslag van drukkrachten naar trekkrachten kunnen plaatsvinden. Beide effecten zouden zeer waarschijnlijk extra geologische activiteit veroorzaken.

5. De snelheid van de ompoling

Wanneer het magnetisch veld, en dus ook de ompolingen, het gevolg zouden zijn van een random onevenwichtigheid van de convectiewervelingen, zou je een opflakkeren van het veld verwachten vanuit een op zich evenwichtige nulstand, waarbij de wrijving rond de wervelingen het laagste is (nl even grote tegengestelde wervelingen in 8-vorm). Doordat asymmetrische wervelingen bij verandering arbeid verrichten door het magnetiseren van gesteentes en metalen, zal verandering traag plaatsvinden. Het ompolen zou dan een nogal opmerkelijk verschijnsel zijn omdat hiermee veel arbeid verricht moet worden. In ieder geval zou een ompoling nooit bijzonder snel kunnen plaatsvinden, omdat die wordt tegengewerkt door het magnetiseerproces.

In een artikel in Geophysical Research Letters is onlangs beschreven hoe uit magnetische eigenschappen van 16 miljoen jaar oud gesteente in Nevada valt af te leiden dat de magnetische as in één jaar met 53 graden gedraaid is. Hieruit concludeert men dat het omklappen van het veld in enkele jaren zou hebben plaatsgevonden. Okuda en Niitsuma hebben op grond van sedimentsmonsters in 1989 vastgesteld dat de laatste ompoling (magn. noordpool van Antarctica naar China) in 38 jaar heeft plaatsgevonden. In andere gevallen doet het veld er duizenden jaren over.

Ook Worm schrijft hierover met grote stelligheid:
“The spike-like events are mostly obscured in many sediment cores because of limited resolution, owing to relatively low sedimentation rates; signal smoothing, due to a lock-in depth range; bioturbation; and viscous overprints of the presumably low-amplitude signals. The apparent duration of geomagnetic events is exaggerated in sediments at high latitudes because of increased sedimentation during glaciations and the concurrent occurrence of events.
The directional transition at the Matuyama/Brunhes boundary may have taken place within 100 years. The paradigm that the Earth’s magnetic field requires a few thousand years for a reversal should thus be abandoned. If field reversals were generally fast, then a large number of studies on reversal paths have revealed nothing more than the signal-smoothing process by the recording mechanism in sediments.”

De geologisch gezien onwaarschijnlijk hoge snelheid van de ompolingen is zeer slecht verenigbaar met de convectieverklaring voor ompoling: de natuurkundige redenen (random verschillen in convectie) voor een dergelijke ompoling zijn altijd gelijk, en extreem grote spontane veranderingen in dermate grote convectiestromingen binnen een periode van enige decennia zijn niet denkbaar, al is het alleen maar vanwege massatraagheid.

In mijn theorie is de snelheid van de ompoling geheel afhankelijk van het verschil in snelheid waarmee de kern en de aardmantel elkaar inhalen. Wanneer de aardmantel een vrij grote versnelling heeft gehad en daarna omkeert, is de kern nog aan het versnellen terwijl de mantel al weer aan het vertragen is. In dit geval zal de ompoling zeer snel verlopen. Is er echter weinig variatie in de snelheid van de mantel en varieert deze slechts beperkt tov die van de kern, dan zullen ompolingen zeer langzaam verlopen.

In de simulatie is de ompolings periode gedefinieerd als de periode dat het veld tussen 2,5 en -2,5 sterk is. In die periode is in de polariteitsgrafiek de sterkte van het veld weergegeven:

Kleine veranderingen in snelheid, dus trage ompoling

Grote veranderingen in snelheid, dus snelle ompoling

6. De invloed van ijstijden op excursies

De ijstijdencyclus heeft in alle fasen invloed op de LOD, door massaverplaatsingen die de massatraagheid en daarmee de rotatiesnelheid van de aarde beïnvloeden. De cyclus is gekenmerkt door een trage opbouw van een ijskap, onder invloed van afnemende zonneïnstraling als gevolg van de baan van de aarde rond de zon. Deze opbouw gaat gepaard met een indrukking van de aardkorst onder de zeer zware ijskappen op de polen. Dit compenseert de ijsopbouw gedeeltelijk.

De reflectie van de ijskap houdt de aarde kunstmatig koel, ook wanneer de ingestraalde hoeveelheid zonlicht door de Milancovic cyclus weer toeneemt. Tot de smelt uiteindelijk toch inzet, zich dan sterk versneld doorzet en uitmondt in een interglaciaal. Deze smelt is zo snel dat de aardkorst er veel langer over doet om weer terug te veren.

Op dit moment is er dus een plotselinge sterke verandering in de massatraagheid van de aarde vanwege al het water dat naar de evenaar stroomt. Deze heeft noodzakelijkerwijs een vertraging van de rotatie tot gevolg. Het ligt voor de hand dat dit momenten zijn waardoor een ompoling getriggerd zou kunnen worden.
Hiertoe bekijken we correlatie tussen de recente ijstijdcycli en de ompolingsexcursies (blijvende ompolingen hebben zich in deze periode niet voorgedaan).

Snelle smeltperiodes 140.000 en 240.000 jaar geleden hebben blijkbaar geen ompoling getriggerd.

De excursies en de smeltperiodes blijken echter niet te correleren. Hoewel dit in eerste instantie in strijd leek met mijn theorie, is dit slechts schijn: De aardmantel beweegt namelijk op dit moment langzamer dan de kern. En zoals eerder is aangetoond, geeft een smeltperiode een vertraging van de rotatie van de aarde. Deze vertraging voorkomt dus juist het inhalen van de kern door de mantel, en daarmee een naderende ompoling! Dit is ook goed te zien in de grafiek: op het moment van de smelt nam in beide gevallen het magnetisch veld toe, zoals te verwachten was. (Zie Rampino 1981) De invloed van ijstijden in een inverse periode verschilt dus sterk van die in een normale periode.

Uitermate interessant is dat Westaway in 2003, bij pogingen om fluviale afzettingen te dateren, stuitte op een verband tussen magnetische excursies en ijskap opbouw.

Snelle ijskap opbouw heeft de laatste vijf magnetische excursies getriggerd

Hij concludeert:
“During the Quaternary, geomagnetic polarity reversals and excursions are well-correlated with interglacial-to-glacial transitions and glacial maxima. It is suggested that this relationship results from interactions between the Earth’s mantle and core that accompany decreases in the Earth’s moment of inertia during ice accumulation, which weaken the geomagnetic field in order to try to counter the decrease in differential rotation between the mantle and inner core that is being forced. During the Late Pleistocene, geomagnetic excursions directly correlate with brief phases of rapid ice growth, notably during the Younger Dryas stage, following Dansgaard–Oeschger interstadials 5 and 10 that precede the rapid melting events during Heinrich events H3 and H4, and during the transitions between oxygen isotope stages 5c-5b, and 5e-5d. It is proposed that similar relationships between instabilities in climate and the geomagnetic field typified the Middle Pleistocene, also.

As a result of the transfer of some of the mass of the oceans into polar ice sheets, the climate instabilities that initiate these rapid ice accumulations redistribute angular momentum and rotational kinetic energy between the Earth’s mantle and inner core. These changes are shown to weaken the Earth’s magnetic field, facilitating geomagnetic excursions and also causing enhanced production of cosmogenic nuclides, including 14C. The subsequent phases of rapid ice melting, Heinrich events, reverse this effect: strengthening the geomagnetic field. This explanation, of forcing of geomagnetic excursions by climate instabilities, provides a natural explanation for why, during the Middle and Late Pleistocene, excursions have been numerous but none has developed into a polarity reversal: the characteristic duration of the climate instabilities is too short for this to be possible. Past observations of correlations between geomagnetic”

Westaway stuitte bij zijn onderzoek blijkbaar op een correlatie die een zeer sterke onderbouwing van mijn theorie biedt, en trekt daaruit ook een aantal conclusies die rechtstreeks in mijn theorie in te passen zijn. Hij berekent zelfs exact de invloed van het opbouwen van een ijskap op het magnetisch veld.
Hij zet alleen nét de laatste stap niet, nl de constatering dat het rotatieverschil tussen mantel en harde kern de pure veroorzaker van het magnetisch veld is, en de oorzaak van alle ompolingen en excursies. In plaats daarvan komt hij met een verklaring die grotendeels gebaseerd is op de theorieën van Glatzmayer en Gubbins.

Het is opmerkelijk dat hij ook zelf concludeert dat zijn berekeningen niet kloppen met zijn op Gubbins en Glatzmayer gebaseerde aannames over de energiebron voor het aardmagnetisch veld:

“It is also evident from Table 1 that an abrupt sea-level fall by ~ 120 m would extract more energy from the geomagnetic field than could ever be present to start with. This implies that another mechanism, not so far considered, operates to regenerate the field between smaller abrupt sea-level falls. The previous analysis assumed that rotation rates of the mantle can change arbitrarily, because it is an electrical insulator. However, it has been suggested that it may instead behave as a weak conductor, possibly because its base is bonded to a thin layer of solid iron that has frozen out of the core. If so, the resulting weak electromagnetic coupling between the mantle and the Earth’s magnetic field could gradually act to convert rotational kinetic energy of the mantle into magnetic energy, gradually regenerating the geomagnetic field between times of rapid sea-level fluctuations.”

Hieruit wordt duidelijk dat hij zich ervan bewust is dat de bestaande verklaringen nog slechts vage vermoedens zijn. Hij heeft helaas sinds 2003 niet meer over het onderwerp gepubliceerd.

Extra ondersteuning wordt gegeven door Worm:

“All 16 geomagnetic events, whether excursions or short polarity reversals, and all six polarity boundaries since the Gauss/Matuyama boundary appear to be linked to glaciations, although some age determinations are still too vague for a definite correlation. Relationships between reversals/excursions and climate have been suggested but mostly turned out to be untenable. For example, the contention of a 100 kyr cyclicity of excursions, and thus a link to the eccentricity of the Earth’s orbit, is disproved by their age distribution. There is also no correlation with the parameters precession or obliquity. Astronomical forces can thus be ruled out as triggers for reversals. The Earth’s climate is tuned to the insolation curve at 65N, which is not a force acting on the Earth’s core.
Therefore, the mechanism causing events and reversals is presumably the altered momentum of inertia of the Earth, due to a reduction in the sea-level, leading to an increased rotational velocity (app 1sec/day) The position of most events on the cooling flanks rather than minima of the oxygen-isotope curve suggests that the geodynamo is affected by the acceleration of the Earth’s rotation rather than by the increased velocity itself.”

Deze laatste opmerking is uiteraard geheel in overeenstemming met mijn theorie.

Verder wordt ook hier melding gemaakt van de snelheid van de ompoling (zie argument 5):

“Most events were apparently very short-lived, -1 kyr on average, and may consist of multiple ‘‘spikes’’, as documented for the Blake event. The Blake event, at least, constituted a fully reversed dipolar field because it is documented by reverse field directions for at least six well separated sites.”

7. Het grote uitsterven aan het einde van het Perm

De grootste golf van uitsterven uit de geschiedenis vond plaats aan het einde van het Perm. Nu zijn grote uitstervingen vaak voorgekomen, met allerhande oorzaken, maar het vreemde aan het Permische uitsterven is dat er in deze periode geen aantoonbare globale natuurramp heeft plaatsgevonden. Terwijl andere minder heftige uitstervingen werden veroorzaakt door meteorieten of grote klimaatfluctuaties, is in het Perm (althans volgens Prof. Kroonenberg) geen duidelijke anomalie te vinden.

The great Permian Extinction (End P)

Het voor langere tijd wegvallen van het magnetisch veld zou een verklaring kunnen zijn. Zonder veld zijn de kosmische straling en de zonnewind zeer bedreigend voor het leven op aarde, en zou er ongetwijfeld een groot uitsterven zijn.

In het kader van mijn theorie is het daarom op zijn minst gezegd opmerkelijk dat juist aan het einde van het Perm, alle continenten volledig tegen elkaar tot stilstand waren gekomen in de vorm van Pangaea, en pas na geruime tijd weer uit elkaar begonnen te drijven.

Dit is een situatie die volledig omgekeerd is aan de periode in het Krijt, toen de continenten gedurende lange tijd uit elkaar dreven. Dat uit elkaar drijven, en de ermee samenhangende continue verandering van de rotatiesnelheid van de aardmantel, gaf in mijn theorie een zeer langdurig stabiel veld. Het volledig stilvallen van de tektoniek zou daarentegen een dusdanig lange periode van constante snelheid van de mantel kunnen veroorzaken, dat de kern en mantel uiteindelijk met gelijke snelheid bewogen.

Dit is in feite een extreme vorm van de trage ompoling zoals beschreven in verschijnsel 5. Dat zou resulteren in het relatief langdurig wegvallen van het magnetisch veld, en als gevolg daarvan tot een ongehinderd, dodelijk niveau van zonnewind en dus tot massaal uitsterven leiden. Dit in tegenstelling tot een ompoling, waarbij het veld nooit weg is, maar chaotisch uiteenvalt in vele kleinere velden.

Ik vermoed dat er weinig onderzoek voor nodig is om de (on-)juistheid van de Perm-hypothese aan te tonen. De kosmische straling en zonnewind zouden ongetwijfeld sporen nagelaten hebben. Mijn eigen zoektocht naar het gedrag van het magnetisch veld in het Perm heeft nog geen geomagnetische aanwijzingen opgeleverd. Maar de vraag is of dat überhaupt wel mogelijk is: het veld hoeft in theorie maar een paar jaar echt afwezig geweest te zijn, en hoeft daarom niet in magnetisch gesteente terug te vinden zijn. Aanwijzingen kunnen beter gezocht worden in de gevolgen van de zonnewind, die in deze periode bij het wegvallen van het aardmagnetisch veld extreem sterk geweest zou moeten zijn en dus zeker te detecteren moeten zijn in geologische data.

Voorwaarde voor deze hypothese is wel dat de snelheidsveranderingen van de mantel zo goed als volledig veroorzaakt worden door de tektonische bewegingen. Dat is ook de zwakke kant van deze verklaring, want dit wringt met verschijnsel 2.

Westaway schrijft hierover het volgende:

“Other studies have noted correlations between extinctions and geomagnetic reversals at many points in the geological record. The first suggested mechanism, that geomagnetic reversals cause extinctions because of increased cosmic ray irradiation of the Earth’s surface when the field is weak, was shown to be untenable. However, later work established that many marine microfossil species have become extinct at geomagnetic reversals, notably during the Matuyama chron. An explanation is that both geomagnetic reversals and extinctions can be caused by rapid ice growth at times of rapid climate change. The extinctions may thus result because the climate changes so quickly that species cannot adapt, although it has been suggested instead that the most important effect is a direct biochemical interaction of the geomagnetic field.”

Ook Kock en Kirschvink sluiten kosmische straling als oorzaak uit:

“The Permian-Triassic Boundery is thought to be situated along the contact between green- and red mudstone, associated with a reverse magnetic polarity chron and a .noisy. isotopic signature (Fig. 5). This position of the PTB is stratigraphically lower than previously suggested and well below the extinction of mammal-like reptiles of the Dicynodon Assemblage Zone. Data show that that the terrestrial extinction, as currently defined, postdates the marine extinction event
observed globally. The two events are thus diachronous. This illustrates that the events could not have been catastrophic, although the marine event and terrestrial event as a separate entities may well have been catastrophic. The following question now begs answering: was the terrestrial extinction a real extinction? And if .yes., was it linked to the marine extinction event? The PTB as defined in marine successions is correlated with the change from green to red mudstone in the terrestrial succession at Komandodrifdam, which represents a change in climatic conditions from a wet to dry. Dicynodon survived for some time after the drying of the climate set in and Lystrosaurus appeared before it. Is the appearance of Lystrosaurus and the disappearance of Dicynodon linked to the Permian-Triassic change? This does not appear to be the case and it is argued that fossils from the Dicynodon and Lystrosaurus assemblage zones (as defined at present) are not good index fossils for the PTB. These data present two alternatives when evaluating possible causes for the extinction event(s). If it is assumed that the mass extinctions (observed in the marine and terrestrial environments), though diachronous, can have a causal relationship: when evaluating primary causes for the End-Permian event this relationship between marine and terrestrial extinctions should be taken into account, as it eliminates hypotheses that predict synchronous extinction in both environmental settings as well as hypotheses that predict extinction in one type of environmental setting, but not the other. This pattern of thought eliminates possible extinction hypotheses like extraterrestrial impact or cosmic radiation. It also eliminates possibilities that would only be responsible for extinction in marine settings, like salinity change, etc. It does, however, leave possibilities such as flood basalt volcanism, clathrate/methane release and climatic change open for debate. On the other hand it could also be assumed that the extinction in the marine environment and the extinction on land are unrelated. This opens those mechanisms that would exclusively affect the marine setting once again as possible causes for the End-Permian event. Extraterrestrial impact or cosmic radiation is, however, still outside the field of possible causes”.

Hoewel de argumenten mijn veronderstelling niet volledig diskwalificeren, is het duidelijk dat er veel tegen in te brengen is.

Conclusies

1. Het aardmagnetisch veld wordt opgewekt door wervelingen in de vloeibare buitenkern, die een asymmetrisch karakter hebben als gevolg van het verschil in omwentelingssnelheid tussen de aardmantel en de harde binnenkern.

2. Veranderingen in de omwentelingssnelheid van de aardmantel treden op door een groot aantal oorzaken, met name door de veranderende plaats van de continenten, de veranderingen in de vorm van de aardbol, door dynamische dichtheidsverschillen in de aardmantel, en door zwaartekrachtvelden van andere hemellichamen.

3. De vaste binnenkern volgt, als gevolg van wrijving (en wellicht magnetische koppeling), met vertraging deze variaties, waardoor een verschil in rotatiesnelheid tussen aardmantel en harde kern ontstaat.

4. De ompolingen van het aardmagnetisch veld treden op, telkens wanneer de kern de mantel inhaalt of door de mantel ingehaald wordt.

5. De theorie is gebaseerd op eenvoudige mechanismen, die onontkoombaar een rol spelen bij het tot stand komen en ompolen van het aardmagnetisch veld.
Of, en in welke mate, ze bepalend zijn voor de ompolingen kan ik niet wetenschappelijk bewijzen.

6. De theorie kan alle belangrijke aardmagnetische verschijnselen uit het verleden verklaren.
In de periodes waarbij er hoofdzakelijk cyclische beïnvloedingen van de omwentelingssnelheid van de aardmantel zijn, zou het ompolingsgedrag met de theorie zelfs redelijk voorspelbaar worden. Een andere plausibele theorie die het patroon van de ompolingen in het verleden aannemelijk kan verklaren, laat staan reproduceren, heb ik bij mijn onderzoek niet gevonden.

7. Er moet een dominante, grote, externe energiebron zitten achter de frequente ompolingen van het aardmagnetisch veld.
Één van de weinige heel grote energiebronnen die in aanmerking komen is de kinetische energie van de aardmantel. Deze is een gegeven constante, waardoor zelfs minuscule veranderingen in de vorm of massaverdeling van de aarde, onvermijdelijk een verandering van de omwentelingssnelheid van de aardmantel afdwingen. En daarmee een verandering van het snelheidsverschil met de binnenkern, en dus van het aardmagnetisch veld.