تألیف و ترجمه: حمید وثیق زاده انصاری
منبع:راسخون
منبع:راسخون
در طول حیات زمین، بارها قطب‌های شمال و جنوب مغناطیسی زمین جای خود را عوض کرده‌اند. اکنون نیز شروع به انجام این جابه‌جایی نموده‌اند که علت آن گردش فلز مذاب دور هسته‌ی جامد زمین است. روزی پدر اینشتاین، قطب نمایی را به پسرش که در سن چهار یا پنج سالگی بود داد. طبق گفته‌ای، همین وسیله بود که استعداد علمی آلبرت کوچک را برانگیخت.
درواقع چه چیزی مرموزتر از این عقربه‌ی فولادین است که با سماجت، تنها یک جهت، یعنی شمال را نشان می‌دهد؟ این نابغه‌ی آینده چنانچه می‌دانست گاه‌گاهی همین عقربه، با سماجت، جنوب را نشان می‌دهد، بیشتر از این کنجکاو می‌شد. امروزه می‌دانیم وارونگی مغناطیسی سیاره‌مان، در تاریخچه‌ی زندگی‌اش، بارها روی داده است. جابه‌جایی آینده شاید چندین هزار سال دیگر روی دهد... که البته آخرین آن به هفت‌صد و هشتاد هزار سال پیش بر می‌گردد. پیش از آن، شمال مغناطیسی در محل جنوب جغرافیایی قرار داشت، و در مدتی کم‌تر از یک میلیون سال، شمال مغناطیسی را در شمال جغرافیایی می‌یابیم، و صد هزار سال بعد دوباره آن را در جنوب جغرافیایی می‌یابیم، و به همین ترتیب این کار تکرار شده است.
چه چیزی موجب این تغییر رویّه‌ی صد و هشتاد درجه‌ای می‌شود؟ چه هنگامی این امر واقع می‌شود؟ و بر سر میدان مغناطیسی به هنگام این تغییر و تبدیل چه می‌آید؟ پاسخ به این پرسش‌های بزرگ پس از نیم قرن گردآوری داده‌ها، رفته رفته فراهم می‌گردد. «امروزه ما شاهد شروع تجدید تماشایی آن هستیم.» این نظریه‌ای است که توسط کارلو لاژ، پژوهشگر هسته‌ای در زیف سورایوت فرانسه، ابراز شده است. پرسش جدید ممکن است بدین گونه خلاصه شود: آیا میدان مغناطیسی زمین با گذر از راه‌های ترجیحی وارونه می‌شود یا به صورت بی‌نظم و نابسامان جای قطب‌ها عوض می‌شود؟ پاسخ به این پرسش بستگی تام به جنبش یا حرکت مواد در درون سیاره‌ی زمین دارد، زیرا در دل زمین است که میدان مغناطیسی تشکیل، نگه‌داری، و وارونه می‌شود.
بیش از پنجاه سال بررسی لازم بود تا این پدیده پذیرفته شود. همه چیز در سال 1906 میلادی آغاز گردید. فیزیک‌دان فرانسوی، برنارد برون، بر روی سنگ‌های آتش‌فشانی در ناحیه‌ی اورن (فرانسه) حالت مغناطیسی شگفتی، در جهت عکس میدان مغناطیسی معمولی، مشاهده کرد، حال آن که این مواد آتش‌فشانی یا سنگ‌های مغناطیسی، تحت تأثیر میدان اطراف خود واقع شده و هنگام سرد شدن‌شان در جهت آن، حالت مغناطیسی پیدا می‌کنند. بنابراین برون فرض نمود که این مواد آتش‌فشانی هنگامی به بیرون ریخته شده‌اند که میدان مغناطیسی زمین بر خلاف میدان کنونی بوده است که سخنی منطقی به نظر می‌آید. ولی این اندیشه آن‌چنان انقلابی بود که دانشمندان، توضیحات دیگری را ترجیح دادند (مثلاً حالت خودبه‌خودی مغناطیسی وارونه‌ی برخی سنگ‌ها و غیره...). سرانجام در سال‌های 1329 ناگزیر به پذیرش واقعیت شدند. شیوه‌های جدید تاریخ‌گذاری نشان می‌داد که در همه‌ی نقاط سیاره‌ی زمین، سنگ‌های آتش‌فشانیِ به یک سن، دارای حالت مغناطیسی یکسانی بودند که این یا «معمولی» و یا وارونه بود. تاریخ شماری حالات وارونه تنظیم شد که امروزه امکان می‌دهد تا به دویست میلیون سال پیش برگردیم (از این پیش‌تر، تاریخ شماری نامطمئن‌تر می‌شود) که در آن بیش از دویست جابه‌جایی قطب‌ها دیده می‌شود. این جابه‌جایی‌ها بین سه هزار تا شش هزار سال به طول انجامیده است (که در مقیاس زمین شناسی همانند لحظه‌ای به حساب می‌آید) و با توالی نامنظمی، به صورت اتفاقی، روی می‌دهد.
توضیح تصویر: گاه شماری وارونگی‌های مغناطیسی زمین را می‌توان در ته اقیانوس‌ها مشاهده کرد. بستر سخت اقیانوس‌ها به طور مستمر با مواد گداخته (درون زمین) که از شکاف‌های شیب‌های تند به بیرون می‌ریزند ایجاد می‌شود. با سرد شدن، این مواد در جهت میدان مغناطیسی محیط اطراف، حالت مغناطیسی پیدا می‌کنند. در این حال مشاهده می‌شود که از یک طرف تا طرف دیگرِ شیب‌های تند، نوارهای وضعی قطبی متناوب معمولی یا وارونه وجود دارد. گاه شماری وارونگی‌های میدان مغناطیسی اتفاقی به نظر می‌رسد. گرایش‌های قطبی معمولی، همانند وضعیت کنونی کره‌ی زمین و عکس آن، در مدت زمان نامنظمی ادامه می‌یابد. مبدأ زمان‌های بعد از این ترتیب با ظاهری نامنظم، هنوز درک نشده است.
تاریخ شماری وارونگی مغناطیسی را پژوهشگران در سه نوع «بایگانی» بررسی می‌کنند: سنگ‌های آتش‌فشانی که پیش‌تر، از آن‌ها یاد شد، ته نشست‌های دریایی که محتوی دانه‌های ریز آهن‌ربایی اکسید آهن هستند و در راستای میدان مغناطیسی زمین قرار می‌گیرند، و سرانجام مواد سخت شده‌ی بستر اقیانوس ناشی از گدازه‌های درون زمین که از شکاف شیب‌های تند زیر دریا به بیرون راه یافته‌اند و آن هم بر طبق میدان محیط خود، مغناطیسی شده‌اند. امروزه تاریخ شماری این وارونگی‌ها مانند شیوه‌ی تاریخ گذاری در دیرینه شناسی، هواشناسی و مانند آن‌ها، به کار می‌رود، ولی برای زمین فیزیک‌دان‌ها از اهمیت بیش‌تری برخوردار است، زیرا از طریق آن بهتر می‌توانند پدیده‌ی وارونگی را درک نمایند. در زمان معمولی، یعنی غیر از معکوس بودن، میدان مغناطیسی زمین شکلی دو قطبی دارد. مانند این است که آهن‌ربایی بزرگ پدید آید که مستقیماً در دل زمین و کم و بیش روی خطی موازی محور چرخش وضعی زمین، جای گرفته باشد. هنگام وارونگی، برای این میدان چه روی می‌دهد؟ آیا به صورت دو قطبی باقی می‌ماند و با گذر از خط استوا وارونه می‌شود (یعنی آهن‌ربای فرضی بزرگی که درون زمین است وارونه می‌شود)؟ اگر چنین باشد وضع پیچیده‌تر می‌شود. برای شناخت واقعیت موضوع، تنها یک راه حل وجود دارد که عبارت است از بازسازی جزء به جزء دگرگونی‌های میدان مغناطیسی به هنگام هر وارونگی. وسایل کار پژوهشگران همواره یکی است: سنگ‌های آتش‌فشانی و ته‌نشست‌ها.
سنگ‌های آتش‌فشانی نیز عیب بزرگی دارند: آن‌ها سرگذشتی را تنها به صورت متناوب شرح می‌دهند. در واقع آتش‌فشان‌هایی که به طور مکرر درست در زمان وارونه شدن میدان مغناطیسی، فوران نمایند کم‌یاب هستند. از این رو زمین فیزیک‌دان‌ها بیشتر توجه خود را معطوف به ته‌نشست‌ها می‌کنند، با این امتیاز که امکان ثبت مستمر حالت مغناطیسی زمین، از جمله وارونگی آن را، می‌دهد.
دانه‌های ریز مغناطیسی که در ته دریا دیده می‌شوند و با تجمع به صورت ته‌نشست‌ها درآمده‌اند، چندان سبک هستند که هنگام سقوط‌شان، نیروی مغناطیسی که از طرف میدان زمین اعمال می‌شود آن‌ها را در جهت خود و در یک خط قرار می‌دهد و هر یک همانند قطب‌نمای بسیار کوچکی هستند.
از نظر آماری، جهت‌گیری هر لایه ته‌نشست، جهت میدان را در زمان ته‌نشینی مشخص می‌کند. برای بازسازی مسیر قطب هنگام وارونگی کافی است تکه‌ای از ته‌نشست سال‌های اخیر را انتخاب کرده و در آن توالی جهت‌گیری‌های مغناطیسی را برداشت کنیم.
کمی بیش از بیست سال پیش، کار غافل‌گیر کننده‌ای صورت گرفت. کارلو لاژ و آلن مازو از مرکز پژوهشی فرانسه، و هم‌چنین همکاران دیگر آن‌ها، کشف راه‌های ترجیحی برای وارونگی‌های مغناطیسی را اعلام کردند، و یک پژوهشگر دانشگاه فلوریدا به طور مستقل به همین نتایج دست یافت. در جمعِ کارشناسان، موافقان و مخالفان فرضیه‌ی «راه‌های ترجیحی»، گفتگوهای تندی را آغاز کردند.
حال ببینیم این «راه‌های ترجیحی» چیست. لاژ و همکارانش مشاهده کردند که با جمع‌آوری وارونگی‌ها از دوازده میلیون سال پیش به این طرف، قطب‌های واقعی تقریباً روی دو نوار جغرافیایی واقع شده‌اند، یکی روی قاره‌ی امریکا، و دیگری در جهت مخالف آن روی آسیا و استرالیا. نتجه‌گیری‌ای که می‌تون نمود این است که با وارونه شدن، میدان نه آن‌چنان به صورت دو قطبی، بلکه در هر حال به طور ساده‌ای چیزی شبیه قطب‌هایی است که میان شمال و جنوب همواره روی یک خط تغییر محل می‌دهند.
این کشف، نتیجه‌ی مهمی در بر داشت. می‌دانیم که میدان مغناطیسی در هسته‌ی زمین متولد می‌شود که با حرکت و جریان شدید آهن گداخته ایجاد می‌گردد. ولی چنانچه وارونگی‌ها با راه‌های مشابهی در طی دوازده میلیون سال بگذرند، طبیعی است که تنها هسته نمی‌تواند مسئول باشد. در واقع جابه‌جایی فلز مایع در آن‌جا بسیار تندتر از آن صورت می‌گیرد (تقریباً ده کیلومتر در سال) تا این که در صدها هزار سال فاصله‌ی زمانی یا بیشتر، همان جریانات موجد همان وارونه شدن‌ها شود. به عبارت دیگر، هسته با آهنگ بسیار تندی که عمل می‌نماید نمی‌تواند در «خاطره»اش وارونگی‌ها را با فاصله‌ی زمانی چنین طولانی نگاه دارد. در این حال تنها یک راه حل وجود دارد: هسته‌ی زمین تماسی با پوسته‌ی زمین ندارد. بنابراین پوسته موضوع بحث است. درواقع انتقال گرما در آن، برای این که این پدیده در آن به مدت ده میلیون سال ادامه یابد، تا حدی کند است. به طور خلاصه، پوسته، وارونگی‌های مغناطیسی را از راه سطح درونی خود با هسته، تنظیم می‌کند. بنابراین لایه‌ی مرزی، میان هسته و پوسته، نقشی کلیدی بازی می‌کند. این اندیشه که پیش‌تر اظهار شده بود اکنون بار دیگر از سر گرفته شده است. منطقه‌ی تماس‌ها میان آهن گداخته‌ی هسته و سنگ‌های بلوری پوسته که D" (با تلفظ دی ثانیه) نامیده شده است به طور شگفت‌انگیزی واکنش‌زا و ناهمگن بوده و گاهی به اندازه‌ای نازک می‌گردد که تقریباً محو می‌شود، و گاهی به ضخامت سی‌صد کیلومتر می‌رسد. ناهمگنی بسیار زیاد آن در مرز هسته ممکن است جریان مایع را ناترازمند سازد و موجب وارونه شدن میدان مغناطیسی گردد.... حال، کشف «راه‌های ترجیحی» در جهت این فرضیه است. در واقع این راه‌های معروف، با چند پدیده‌ی قابل ذکر دیگر برخورد پیدا می‌کنند. مثلاً در منطقه‌ای که پوسته با عمق زیاد سردتر از نقاط دیگر است (که این را از سرعت امواج زمین لرزه که از آن می‌گذرد می‌فهمند)، «برخورد» دوم این «نقاط سرد» پوسته، مربوط به سطح پوسته‌ی زمین، در مناطق کشسان انجام می‌پذیرد. در این جاست که چین‌های زیر اقیانوس به زیر چین‌های قاره‌ای وارد می‌شوند و به این ترتیب، جدا شدن تدریجی قاره‌ها، میدان مغناطیسی زمین را تغییر می‌دهد.
این اندیشه از نظر بسیاری از پژوهشگران از جمله کارلو لاژ، جالب توجه است. ولی همگان اعتقادی به آن ندارند، زیرا بسیاری از زمین فیزیک‌دان‌ها معتقد به راه‌های ترجیحی نیستند. آن‌ها الگویی برعکس ارائه می‌دهند: میدان مغناطیسی زمین به هنگام وارونگی‌ها، ساده و تکراری نبوده، بلکه پیچیده و بی‌نظم است. یکی از نخستین کسانی که از راه‌های ترجیحی انتقاد نمود ژان پیرواله (شاگرد سابق لاژ) و چند همکارش از مؤسسه‌ی فیزیک گلوب در پاریس بودند. نخستین دلیل آن‌ها به آمار مربوط می‌شد. آن‌ها ته‌نشست‌ها را نه به صورت توده، بلکه تک‌تک وارونگی‌ها را بررسی کردند. با این روش، نوارهای ترجیحی ناپدید شدند و نقطه‌ها به طور اتفاقی به صورت پراکنده جلوه‌گر شدند. این نظر به نوبه‌ی خود در جایگاه ارزش‌یابی و انتقاد جای گرفت؛ و نبردی آماری که به دنبال داشت هنوز پایان نیافته است، و موضوع به این جا پایان نمی‌یابد. همین پژوهشگرانِ مؤسسه‌ی گلوب و نیز امریکایی‌ها، روی نقشه‌ی راه‌های ترجیحی ملاحظه کردند که رابطه‌ای مظنون بین محلی که ته‌نشست‌ها برداشته شده است و قطب‌های واقعی که با همین ته‌نشست پیدا شده بودند وجود دارد. این دو محل تقریباً همیشه توسط فاصله‌ای با طول جغرافیایی نود درجه از هم جدا شده‌اند، حال آن که اصولاً جهت قطب نباید به محلی که در آن اندازه‌گیری صورت می‌پذیرد بستگی داشته باشد...
ولی طرف‌داران نظریه‌ی نوارهای ترجیحی پاسخ به هر گونه پرسشی را آماده دارند. بنا به اعتقاد آن‌ها، این انحراف را به این شکل می‌توان توضیح داد که اکثر اندازه‌گیری‌هایی که در اروپا صورت گرفته است به دلیل موقعیت جغرافیایی آن نسبت به امریکا، دارای زاویه‌ی نود درجه نسبت به نوار امریکاست. برای وارسی این ادعا، گروهی به چین رفت تا ته‌نشست‌هایی را در شهر خیان بررسی نماید. نتیجه‌ی به دست آمده از این برداشت‌ها این بود که وارونگی‌ها از طریق امریکا و آسیا مداومت یافته است. سرانجام، سومین انتقاد این است که ته‌نشست‌ها و متوقف شدن در یک نقطه، بسیار کند صورت می‌گیرد (تقریباً دو سانتیمتر در طی هزار سال). برعکس، میدان مغناطیسی در هنگام وارونه شدن‌هایش بسیار تند تغییر می‌کند و چنین بر می‌آید که ذرات ریز، جهت‌گیری تندی برای «دنبال کردن» وارونگی‌ها را ندارند و بدین ترتیب، بازسازی راه‌ها را به اشتباه می‌اندازند. تنها راه حل، تعویض منبع اطلاعاتی و بررسی سنگ‌های آتش‌فشانی است که میدان مغناطیسی را به طور لحظه‌ای ضبط می‌نمایند.
در آن وضع نیز نتایج ضد و نقیض به دست می‌آید.کنث هوفمان از دانشگاه ایالتی کالیفرنیا که روی سنگ‌های آتش فشانی جزیره‌ی هاوایی و جزایر سوسیته بررسی می‌کرد مشاهده نمود که هنگام وارونگی‌ها، به نظر می‌رسد که قطب‌ها در دو منطقه‌ی نزدیک امریکای جنوبی و استرالیا، تجمع می‌کنند. ولی میشل پیِرو و پی‌یر کام از دانشگاه مون پلیه، برعکس، با بررسی سنگ‌های آتش فشانی ایسلند مشاهده نمودند که نقاط میانی در روی تمام کره‌ی زمین پراکنده‌اند و وضعیتی نامنظم و در هم دارند.
در این جا حق با چه کسی است؟ به عقیده‌ی کارلو لاژ به نظر می‌رسد تمایلی به نفع شیوه‌ی تکرار شونده در حال شکل‌گیری است. ولی اندازه‌گیری‌هایی که توسط ژان پی‌بر واله و لور می نادیه از مؤسسه‌ی گلوب پاریس صورت گرفته است نشان می‌دهد که وارونگی‌ها به طور تنگاتنگی بستگی به شدت میدان مغناطیسی دارند. در واقع به نظر می‌رسد وارونه شدن‌ها هنگامی روی می‌دهد که میدان، یا به عبارت بهتر قسمت دو قطبی، بسیار ضعیف شده باشد. به نظر ژان پی‌یر واله، شاید در این حال، قسمت دو قطبی میدانی است که هنگام وارونه شدن، تفوق دارد، یعنی میدان نامنظم و متغیر... تکراری یا برعکس. با آهنگی که نتایج به دست می‌آید شاید معما به زودی حل گردد.
و اما وارونه شدن آینده‌ی میدان مغناطیسی، چنانچه ضعیف شدن ترکیب دو قطبی ادامه یابد، ممکن است در هزار تا دو هزار سال دیگر روی دهد. ولی حتی اگر میدان مغناطیسی به کلی از بین برود جای نگرانی نیست، زیرا هم‌اکنون در نزدیکی قطب، میدان مغناطیسی‌ای نیست که اسکیموها را حفظ کند، و به نظر می‌رسد از این لحاظ زیانی متوجه آن‌ها نشده باشد.
توضیح تصویر: از نظر برخی از پژوهشگران، هنگام وارونگی‌های میدان مغناطیسی زمین، قطب‌های شمال و جنوب طبق «راه‌های ترجیحی» سروته می‌شوند (در این جا قطب‌ها به صورت نقطه و مسیرشان به صورت خط نشان داده شده است). از نظر مخالفان، چنین راه‌هایی وجود ندارد و این «قطب‌های مجازی» در وضعیت‌های پراکنده‌ای قرار گرفته‌اند. در مورد اول، زمین در هنگام وارونگی‌ها، تقریباً میدانی دو قطبی را حفظ می‌کند. و در مورد دوم، میدان خیلی پیچیده‌تر بوده و دیگر نمی‌توان از آن‌ها به عنوان قطب‌ها نام برد که به همین دلیل به آن صفت «مجازی» داده‌اند.
به نظر می‌رسد در دل زمین دیناموی غول‌آسا وجود دارد. چشمه‌ی میدان مغناطیسی زمین در سه هزار کیلومتری زیر پایمان در هسته‌ی مایع زمین پنهان شده است. متأسفانه باید گفت هیچ چیز، حتی کهکشان‌های دوردست، مثل مرکز زمین دسترس‌ناپذیر نیست. با این حال بشر قادر بوده است به صورتی بسیار غیرمستقیم روی مرکز زمین کاوش نموده و پخش امواج زمین لرزه را در آن بررسی نماید.
این امواج نشان دادند که سیاره‌ی زمین از سه لایه‌ی متمرکز تشکیل شده است. یک پوسته‌ی نازک بیرونی که به دنبال آن جبه واقع شده است، و سرانجام در مرکز، هسته‌ی آذرین قرار دارد. مابین هسته و جبه، طبقه‌ای به نام D" (با تلفظ دی ثانیه) وجود دارد که بسیار ناهمگن است. و اما هسته که به بزرگی کل سیاره‌ی مریخ است از مرکزی جامد متشکل از آلیاژ آهن و نیکل (به نام دانه) تشکیل شده است که جرم بزرگی از آهن گداخته آن را در بر گرفته است. در آن جا و در گردبادهای غول‌آسای هسته‌ی مایع است که میدان مغناطیسی زمین متولد می‌شود.
برای ایجاد میدان مغناطیسی زمین دو راه حل وجود دارد: آهن‌ربا، یا جریان الکتریکی. سنگ‌های درون کره‌ی زمین به علت داغی زیاد قادر به حفظ حالت مغناطیسی نیستند. بنابراین میدان مغناطیسی زمین با جریان‌های نیرومندی که در بیرون هسته در حرکت است به وجود می‌آید. آهن مایع در واقع رسانای بسیار خوبی برای جریان برق است.
جریان‌های الکتریکی هسته از کجا می‌آید؟ این جریان‌ها به واسطه‌ی سیلان مقادیر زیادی آهن مذاب ایجاد می‌شود. به این ترتیب، هسته قابل قیاس با دینامو است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. این در حقیقت دیناموی خودنگه‌دار است که مطابق با الگوی قرص فاراده کار می‌کند.
برای آغاز به کار ماشین، میدان مغناطیسی اولیه کفایت می‌کند. در واقع هنگامی که رسانای قرص فاراده، یا آهن مذاب هسته‌ی زمین، در حال گردش در میدان مغناطیسی اولیه است جریان الکتریکی القایی به طور خود به خودی در آن به وجود می‌آید. این جریان به نوبه‌ی خود میدانی مغناطیسی به وجود می‌آورد که به طور مشابه باعث ایجاد جریان الکتریکی در آهن گداخته‌ی در حال حرکت در این میدان می‌شود. این وضع به همین ترتیب ادامه می‌یابد. در شرایط «خوب»، پس از از بین رفتن میدان مغناطیسی اولیه، جریان‌های الکتریکی و میدان مغناطیسی به خوبی یک‌دیگر را حفظ می‌کنند و این شرایط «خوب»، در مورد زمین صدق می‌کند. در جمع‌بندی نهایی، تنها محرک دیناموی زمینی، حرکت مواد آذرین هسته، یعنی جریان‌های بسیار نیرومند جابه‌جایی گرماست که مرکز زمین امکان تخلیه‌ی گرما را می‌دهد. ولی گردش وضعی زمین نیز با منحرف کردن این جریانات انتقال گرما، توسط نیروی کوریولیس، نقشی اساسی ایفا می‌کند، و به لطف همین اثر است که شمال مغناطیسی با شمال جغرافیایی تقریباً روی یک خط قرار می‌گیرد.
مواد گداخته به چه ترتیبی حرکت می‌کنند تا ایجاد میدان مغناطیسی کرده و طی میلیاردها سال این وضع را نگه‌داری کرده و حتی گاه‌گاهی آن را به حالت وارونه در آوردند؟ این پرسشی بنیادی برای نظریه‌پردازان مغناطیس زمین است، و به خاطر این که حرکت مواد آذرین در هسته بسیار پیچیده است، هنوز پاسخی برای آن یافت نشده است. تاکنون با هیچ مدل دینامویی حتی ساده شده‌ای نتوانسته‌اند توضیحی درباره‌ی وارونگی‌های میدان مغناطیسی بدهند. این‌گونه است که یا حالت تمایل به قطب به طور ناامید کننده‌ای ثابت می‌ماند، و یا با فواصل زمانی منظمی بازگشت می‌یابد. هر چند چندین سال پیش، گابینز، برای نخستین بار موفق شد با استفاده از یک دیناموی ابتدایی، دستگاهی را بسازد که در آن میدان مغناطیسی به خودی خود وارونه می‌شود.
وارونگی‌های قطب‌های مغناطیسی زمین، بستگی زیادی به تغییرات شدت میدان مغناطیسی زمین دارد. این نتیجه‌ی بسیار مهمی است که از اندازه‌گیری‌های دو پژوهشگر، ژان پیِر واله و لور می‌نادیه، از مؤسسه‌ی فیزیک گلوب پاریس، که چندین سال قبل انجام دادند، به دست آمد. تا قبل از آن به علت دشواری‌های اندازه‌گیری شدت میدان مغناطیسی زمین، پژوهشگران، تنها به جهت این میدان تمایل نشان می‌دادند. به این لحاظ، کشف این دو پژوهشگر، از اهمیت زیادی برخوردار است، و از طرف چندین کارشناس به عنوان «مهم‌ترین کشف در این زمینه از زمان پیدایش وارونگی‌ها» تلقی شده است.
این دو پژوهشگرِ مغناطیس زمینی، ته‌نشست‌هایی را که از بستر اقیانوس آرام برداشت کرده بودند اندازه‌گیری کرده و نتایج به دست آمده را با نقاط دیگر (اقیانوس‌های هند و اطلس) مقایسه کردند. نمودار شدت که توانستند برای آخرین چهار میلیون سال به این طرف ترسیم کنند بیش از پنجاه هزار اندازه‌گیری لازم داشت که به طور خودکار و مستمر به کمک مغناطیس‌نگار سرمازا (با توانایی کار در دماهای بسیار پایین)، انجام شد.
این نمودار دندانه‌ای نشان می‌دهد که میدان مغناطیسی، دوره‌ی تکرار شونده‌ای را می‌پیماید. هنگام دوره‌های قطبی ثابت، شدت به طور منظم کاهش می‌یابد و سپس وقتی میدان بسیار ضعیف شد به طور ناگهانی وارونه می‌شود، و پس از آن افزایش می‌یابد. و حتی به نظر می‌رسد که هر چه میدان پس از یک وارونگی، شدت به خود می‌گیرد بعد از مدت زمانی طولانی، بی آن که وارونه شود، بر جای می‌ماند.
بدین ترتیب به نظر می‌رسد حرکت مایع در هسته‌ی مرکزی کره‌ی زمین طبیعتاً منجر به تضعیف میدان مغناطیسی دو قطبی گردد. ولی وقتی این میدان، بسیار ضعیف گردد دوباره به حالت گذشته بر می‌گردد که اثرش قوت گرفتن آن است. سپس دوباره کاهش می‌یابد....
این گرایش‌های شدید، موجب پیچیدگی وضع، با بالا و پایین رفتن‌های کوچک و نامنظم شده که گاهی تا حد وارونگی‌های بی‌ثبات و گذرا پیش می‌رود و به دنبال آن، بازگشت میدان به وضعیت اولیه‌اش را در بر دارد. این دورنمای کاری پژوهشی برای کارشناسان دیناموی زمینی است، زیرا هیچ الگوی گردش جریان‌ها، پیش‌بینی این کاهش تدریجی میدان مغناطیسی را نکرده است.
میدان مغناطیسی زمین قابل قیاس با میدانی است که یک میله‌ی بسیار بزرگ آهن‌ربایی که در مرکز زمین جای گرفته باشد و در جهت محور گردشی آن قرار گرفته باشد ایجاد می‌کند. این میدان دو قطبی، نود درصدِ مجموع میدان مغناطیسی زمین را تشکیل می‌دهد. ده درصد دیگر، حالات غیرعادی گسترده‌ای است که در آن جا شدت میدان، بیشتر یا کم‌تر از شدت مربوط به میدان دو قطبی است. این حالات روی نقشه‌های مربوطه به خوبی مشهود است. در سطح زمین که ما استقرار داریم، حالت غیر دو قطبی، چندان اهمیتی ندارد، زیرا به نظر می‌رسد این حالت با دور شدن از هسته، با شتاب زیادی کاهش می‌یابد.
توضیح تصویر: این صخره، پیش‌تر زیر دریا بوده است. این صخره در ناحیه‌ی پوتامیدا در جزیره‌ی کرت، که پیش‌تر در سی‌صد متری زیر دریا جای داشته است مورد توجه زمین فیزیک‌دان‌هاست. آن‌ها از آن جا نمونه‌های ته‌نشست‌هایی را که در آن‌ها وارونگی‌های میدان مغناطیسی ضبط شده است برداشت می‌کنند.
درواقع چه چیزی مرموزتر از این عقربه‌ی فولادین است که با سماجت، تنها یک جهت، یعنی شمال را نشان می‌دهد؟ این نابغه‌ی آینده چنانچه می‌دانست گاه‌گاهی همین عقربه، با سماجت، جنوب را نشان می‌دهد، بیشتر از این کنجکاو می‌شد. امروزه می‌دانیم وارونگی مغناطیسی سیاره‌مان، در تاریخچه‌ی زندگی‌اش، بارها روی داده است. جابه‌جایی آینده شاید چندین هزار سال دیگر روی دهد... که البته آخرین آن به هفت‌صد و هشتاد هزار سال پیش بر می‌گردد. پیش از آن، شمال مغناطیسی در محل جنوب جغرافیایی قرار داشت، و در مدتی کم‌تر از یک میلیون سال، شمال مغناطیسی را در شمال جغرافیایی می‌یابیم، و صد هزار سال بعد دوباره آن را در جنوب جغرافیایی می‌یابیم، و به همین ترتیب این کار تکرار شده است.
چه چیزی موجب این تغییر رویّه‌ی صد و هشتاد درجه‌ای می‌شود؟ چه هنگامی این امر واقع می‌شود؟ و بر سر میدان مغناطیسی به هنگام این تغییر و تبدیل چه می‌آید؟ پاسخ به این پرسش‌های بزرگ پس از نیم قرن گردآوری داده‌ها، رفته رفته فراهم می‌گردد. «امروزه ما شاهد شروع تجدید تماشایی آن هستیم.» این نظریه‌ای است که توسط کارلو لاژ، پژوهشگر هسته‌ای در زیف سورایوت فرانسه، ابراز شده است. پرسش جدید ممکن است بدین گونه خلاصه شود: آیا میدان مغناطیسی زمین با گذر از راه‌های ترجیحی وارونه می‌شود یا به صورت بی‌نظم و نابسامان جای قطب‌ها عوض می‌شود؟ پاسخ به این پرسش بستگی تام به جنبش یا حرکت مواد در درون سیاره‌ی زمین دارد، زیرا در دل زمین است که میدان مغناطیسی تشکیل، نگه‌داری، و وارونه می‌شود.
بیش از پنجاه سال بررسی لازم بود تا این پدیده پذیرفته شود. همه چیز در سال 1906 میلادی آغاز گردید. فیزیک‌دان فرانسوی، برنارد برون، بر روی سنگ‌های آتش‌فشانی در ناحیه‌ی اورن (فرانسه) حالت مغناطیسی شگفتی، در جهت عکس میدان مغناطیسی معمولی، مشاهده کرد، حال آن که این مواد آتش‌فشانی یا سنگ‌های مغناطیسی، تحت تأثیر میدان اطراف خود واقع شده و هنگام سرد شدن‌شان در جهت آن، حالت مغناطیسی پیدا می‌کنند. بنابراین برون فرض نمود که این مواد آتش‌فشانی هنگامی به بیرون ریخته شده‌اند که میدان مغناطیسی زمین بر خلاف میدان کنونی بوده است که سخنی منطقی به نظر می‌آید. ولی این اندیشه آن‌چنان انقلابی بود که دانشمندان، توضیحات دیگری را ترجیح دادند (مثلاً حالت خودبه‌خودی مغناطیسی وارونه‌ی برخی سنگ‌ها و غیره...). سرانجام در سال‌های 1329 ناگزیر به پذیرش واقعیت شدند. شیوه‌های جدید تاریخ‌گذاری نشان می‌داد که در همه‌ی نقاط سیاره‌ی زمین، سنگ‌های آتش‌فشانیِ به یک سن، دارای حالت مغناطیسی یکسانی بودند که این یا «معمولی» و یا وارونه بود. تاریخ شماری حالات وارونه تنظیم شد که امروزه امکان می‌دهد تا به دویست میلیون سال پیش برگردیم (از این پیش‌تر، تاریخ شماری نامطمئن‌تر می‌شود) که در آن بیش از دویست جابه‌جایی قطب‌ها دیده می‌شود. این جابه‌جایی‌ها بین سه هزار تا شش هزار سال به طول انجامیده است (که در مقیاس زمین شناسی همانند لحظه‌ای به حساب می‌آید) و با توالی نامنظمی، به صورت اتفاقی، روی می‌دهد.
تاریخ شماری وارونگی مغناطیسی را پژوهشگران در سه نوع «بایگانی» بررسی می‌کنند: سنگ‌های آتش‌فشانی که پیش‌تر، از آن‌ها یاد شد، ته نشست‌های دریایی که محتوی دانه‌های ریز آهن‌ربایی اکسید آهن هستند و در راستای میدان مغناطیسی زمین قرار می‌گیرند، و سرانجام مواد سخت شده‌ی بستر اقیانوس ناشی از گدازه‌های درون زمین که از شکاف شیب‌های تند زیر دریا به بیرون راه یافته‌اند و آن هم بر طبق میدان محیط خود، مغناطیسی شده‌اند. امروزه تاریخ شماری این وارونگی‌ها مانند شیوه‌ی تاریخ گذاری در دیرینه شناسی، هواشناسی و مانند آن‌ها، به کار می‌رود، ولی برای زمین فیزیک‌دان‌ها از اهمیت بیش‌تری برخوردار است، زیرا از طریق آن بهتر می‌توانند پدیده‌ی وارونگی را درک نمایند. در زمان معمولی، یعنی غیر از معکوس بودن، میدان مغناطیسی زمین شکلی دو قطبی دارد. مانند این است که آهن‌ربایی بزرگ پدید آید که مستقیماً در دل زمین و کم و بیش روی خطی موازی محور چرخش وضعی زمین، جای گرفته باشد. هنگام وارونگی، برای این میدان چه روی می‌دهد؟ آیا به صورت دو قطبی باقی می‌ماند و با گذر از خط استوا وارونه می‌شود (یعنی آهن‌ربای فرضی بزرگی که درون زمین است وارونه می‌شود)؟ اگر چنین باشد وضع پیچیده‌تر می‌شود. برای شناخت واقعیت موضوع، تنها یک راه حل وجود دارد که عبارت است از بازسازی جزء به جزء دگرگونی‌های میدان مغناطیسی به هنگام هر وارونگی. وسایل کار پژوهشگران همواره یکی است: سنگ‌های آتش‌فشانی و ته‌نشست‌ها.
سنگ‌های آتش‌فشانی نیز عیب بزرگی دارند: آن‌ها سرگذشتی را تنها به صورت متناوب شرح می‌دهند. در واقع آتش‌فشان‌هایی که به طور مکرر درست در زمان وارونه شدن میدان مغناطیسی، فوران نمایند کم‌یاب هستند. از این رو زمین فیزیک‌دان‌ها بیشتر توجه خود را معطوف به ته‌نشست‌ها می‌کنند، با این امتیاز که امکان ثبت مستمر حالت مغناطیسی زمین، از جمله وارونگی آن را، می‌دهد.
دانه‌های ریز مغناطیسی که در ته دریا دیده می‌شوند و با تجمع به صورت ته‌نشست‌ها درآمده‌اند، چندان سبک هستند که هنگام سقوط‌شان، نیروی مغناطیسی که از طرف میدان زمین اعمال می‌شود آن‌ها را در جهت خود و در یک خط قرار می‌دهد و هر یک همانند قطب‌نمای بسیار کوچکی هستند.
از نظر آماری، جهت‌گیری هر لایه ته‌نشست، جهت میدان را در زمان ته‌نشینی مشخص می‌کند. برای بازسازی مسیر قطب هنگام وارونگی کافی است تکه‌ای از ته‌نشست سال‌های اخیر را انتخاب کرده و در آن توالی جهت‌گیری‌های مغناطیسی را برداشت کنیم.
کمی بیش از بیست سال پیش، کار غافل‌گیر کننده‌ای صورت گرفت. کارلو لاژ و آلن مازو از مرکز پژوهشی فرانسه، و هم‌چنین همکاران دیگر آن‌ها، کشف راه‌های ترجیحی برای وارونگی‌های مغناطیسی را اعلام کردند، و یک پژوهشگر دانشگاه فلوریدا به طور مستقل به همین نتایج دست یافت. در جمعِ کارشناسان، موافقان و مخالفان فرضیه‌ی «راه‌های ترجیحی»، گفتگوهای تندی را آغاز کردند.
حال ببینیم این «راه‌های ترجیحی» چیست. لاژ و همکارانش مشاهده کردند که با جمع‌آوری وارونگی‌ها از دوازده میلیون سال پیش به این طرف، قطب‌های واقعی تقریباً روی دو نوار جغرافیایی واقع شده‌اند، یکی روی قاره‌ی امریکا، و دیگری در جهت مخالف آن روی آسیا و استرالیا. نتجه‌گیری‌ای که می‌تون نمود این است که با وارونه شدن، میدان نه آن‌چنان به صورت دو قطبی، بلکه در هر حال به طور ساده‌ای چیزی شبیه قطب‌هایی است که میان شمال و جنوب همواره روی یک خط تغییر محل می‌دهند.
این کشف، نتیجه‌ی مهمی در بر داشت. می‌دانیم که میدان مغناطیسی در هسته‌ی زمین متولد می‌شود که با حرکت و جریان شدید آهن گداخته ایجاد می‌گردد. ولی چنانچه وارونگی‌ها با راه‌های مشابهی در طی دوازده میلیون سال بگذرند، طبیعی است که تنها هسته نمی‌تواند مسئول باشد. در واقع جابه‌جایی فلز مایع در آن‌جا بسیار تندتر از آن صورت می‌گیرد (تقریباً ده کیلومتر در سال) تا این که در صدها هزار سال فاصله‌ی زمانی یا بیشتر، همان جریانات موجد همان وارونه شدن‌ها شود. به عبارت دیگر، هسته با آهنگ بسیار تندی که عمل می‌نماید نمی‌تواند در «خاطره»اش وارونگی‌ها را با فاصله‌ی زمانی چنین طولانی نگاه دارد. در این حال تنها یک راه حل وجود دارد: هسته‌ی زمین تماسی با پوسته‌ی زمین ندارد. بنابراین پوسته موضوع بحث است. درواقع انتقال گرما در آن، برای این که این پدیده در آن به مدت ده میلیون سال ادامه یابد، تا حدی کند است. به طور خلاصه، پوسته، وارونگی‌های مغناطیسی را از راه سطح درونی خود با هسته، تنظیم می‌کند. بنابراین لایه‌ی مرزی، میان هسته و پوسته، نقشی کلیدی بازی می‌کند. این اندیشه که پیش‌تر اظهار شده بود اکنون بار دیگر از سر گرفته شده است. منطقه‌ی تماس‌ها میان آهن گداخته‌ی هسته و سنگ‌های بلوری پوسته که D" (با تلفظ دی ثانیه) نامیده شده است به طور شگفت‌انگیزی واکنش‌زا و ناهمگن بوده و گاهی به اندازه‌ای نازک می‌گردد که تقریباً محو می‌شود، و گاهی به ضخامت سی‌صد کیلومتر می‌رسد. ناهمگنی بسیار زیاد آن در مرز هسته ممکن است جریان مایع را ناترازمند سازد و موجب وارونه شدن میدان مغناطیسی گردد.... حال، کشف «راه‌های ترجیحی» در جهت این فرضیه است. در واقع این راه‌های معروف، با چند پدیده‌ی قابل ذکر دیگر برخورد پیدا می‌کنند. مثلاً در منطقه‌ای که پوسته با عمق زیاد سردتر از نقاط دیگر است (که این را از سرعت امواج زمین لرزه که از آن می‌گذرد می‌فهمند)، «برخورد» دوم این «نقاط سرد» پوسته، مربوط به سطح پوسته‌ی زمین، در مناطق کشسان انجام می‌پذیرد. در این جاست که چین‌های زیر اقیانوس به زیر چین‌های قاره‌ای وارد می‌شوند و به این ترتیب، جدا شدن تدریجی قاره‌ها، میدان مغناطیسی زمین را تغییر می‌دهد.
این اندیشه از نظر بسیاری از پژوهشگران از جمله کارلو لاژ، جالب توجه است. ولی همگان اعتقادی به آن ندارند، زیرا بسیاری از زمین فیزیک‌دان‌ها معتقد به راه‌های ترجیحی نیستند. آن‌ها الگویی برعکس ارائه می‌دهند: میدان مغناطیسی زمین به هنگام وارونگی‌ها، ساده و تکراری نبوده، بلکه پیچیده و بی‌نظم است. یکی از نخستین کسانی که از راه‌های ترجیحی انتقاد نمود ژان پیرواله (شاگرد سابق لاژ) و چند همکارش از مؤسسه‌ی فیزیک گلوب در پاریس بودند. نخستین دلیل آن‌ها به آمار مربوط می‌شد. آن‌ها ته‌نشست‌ها را نه به صورت توده، بلکه تک‌تک وارونگی‌ها را بررسی کردند. با این روش، نوارهای ترجیحی ناپدید شدند و نقطه‌ها به طور اتفاقی به صورت پراکنده جلوه‌گر شدند. این نظر به نوبه‌ی خود در جایگاه ارزش‌یابی و انتقاد جای گرفت؛ و نبردی آماری که به دنبال داشت هنوز پایان نیافته است، و موضوع به این جا پایان نمی‌یابد. همین پژوهشگرانِ مؤسسه‌ی گلوب و نیز امریکایی‌ها، روی نقشه‌ی راه‌های ترجیحی ملاحظه کردند که رابطه‌ای مظنون بین محلی که ته‌نشست‌ها برداشته شده است و قطب‌های واقعی که با همین ته‌نشست پیدا شده بودند وجود دارد. این دو محل تقریباً همیشه توسط فاصله‌ای با طول جغرافیایی نود درجه از هم جدا شده‌اند، حال آن که اصولاً جهت قطب نباید به محلی که در آن اندازه‌گیری صورت می‌پذیرد بستگی داشته باشد...
ولی طرف‌داران نظریه‌ی نوارهای ترجیحی پاسخ به هر گونه پرسشی را آماده دارند. بنا به اعتقاد آن‌ها، این انحراف را به این شکل می‌توان توضیح داد که اکثر اندازه‌گیری‌هایی که در اروپا صورت گرفته است به دلیل موقعیت جغرافیایی آن نسبت به امریکا، دارای زاویه‌ی نود درجه نسبت به نوار امریکاست. برای وارسی این ادعا، گروهی به چین رفت تا ته‌نشست‌هایی را در شهر خیان بررسی نماید. نتیجه‌ی به دست آمده از این برداشت‌ها این بود که وارونگی‌ها از طریق امریکا و آسیا مداومت یافته است. سرانجام، سومین انتقاد این است که ته‌نشست‌ها و متوقف شدن در یک نقطه، بسیار کند صورت می‌گیرد (تقریباً دو سانتیمتر در طی هزار سال). برعکس، میدان مغناطیسی در هنگام وارونه شدن‌هایش بسیار تند تغییر می‌کند و چنین بر می‌آید که ذرات ریز، جهت‌گیری تندی برای «دنبال کردن» وارونگی‌ها را ندارند و بدین ترتیب، بازسازی راه‌ها را به اشتباه می‌اندازند. تنها راه حل، تعویض منبع اطلاعاتی و بررسی سنگ‌های آتش‌فشانی است که میدان مغناطیسی را به طور لحظه‌ای ضبط می‌نمایند.
در آن وضع نیز نتایج ضد و نقیض به دست می‌آید.کنث هوفمان از دانشگاه ایالتی کالیفرنیا که روی سنگ‌های آتش فشانی جزیره‌ی هاوایی و جزایر سوسیته بررسی می‌کرد مشاهده نمود که هنگام وارونگی‌ها، به نظر می‌رسد که قطب‌ها در دو منطقه‌ی نزدیک امریکای جنوبی و استرالیا، تجمع می‌کنند. ولی میشل پیِرو و پی‌یر کام از دانشگاه مون پلیه، برعکس، با بررسی سنگ‌های آتش فشانی ایسلند مشاهده نمودند که نقاط میانی در روی تمام کره‌ی زمین پراکنده‌اند و وضعیتی نامنظم و در هم دارند.
در این جا حق با چه کسی است؟ به عقیده‌ی کارلو لاژ به نظر می‌رسد تمایلی به نفع شیوه‌ی تکرار شونده در حال شکل‌گیری است. ولی اندازه‌گیری‌هایی که توسط ژان پی‌بر واله و لور می نادیه از مؤسسه‌ی گلوب پاریس صورت گرفته است نشان می‌دهد که وارونگی‌ها به طور تنگاتنگی بستگی به شدت میدان مغناطیسی دارند. در واقع به نظر می‌رسد وارونه شدن‌ها هنگامی روی می‌دهد که میدان، یا به عبارت بهتر قسمت دو قطبی، بسیار ضعیف شده باشد. به نظر ژان پی‌یر واله، شاید در این حال، قسمت دو قطبی میدانی است که هنگام وارونه شدن، تفوق دارد، یعنی میدان نامنظم و متغیر... تکراری یا برعکس. با آهنگی که نتایج به دست می‌آید شاید معما به زودی حل گردد.
و اما وارونه شدن آینده‌ی میدان مغناطیسی، چنانچه ضعیف شدن ترکیب دو قطبی ادامه یابد، ممکن است در هزار تا دو هزار سال دیگر روی دهد. ولی حتی اگر میدان مغناطیسی به کلی از بین برود جای نگرانی نیست، زیرا هم‌اکنون در نزدیکی قطب، میدان مغناطیسی‌ای نیست که اسکیموها را حفظ کند، و به نظر می‌رسد از این لحاظ زیانی متوجه آن‌ها نشده باشد.
به نظر می‌رسد در دل زمین دیناموی غول‌آسا وجود دارد. چشمه‌ی میدان مغناطیسی زمین در سه هزار کیلومتری زیر پایمان در هسته‌ی مایع زمین پنهان شده است. متأسفانه باید گفت هیچ چیز، حتی کهکشان‌های دوردست، مثل مرکز زمین دسترس‌ناپذیر نیست. با این حال بشر قادر بوده است به صورتی بسیار غیرمستقیم روی مرکز زمین کاوش نموده و پخش امواج زمین لرزه را در آن بررسی نماید.
این امواج نشان دادند که سیاره‌ی زمین از سه لایه‌ی متمرکز تشکیل شده است. یک پوسته‌ی نازک بیرونی که به دنبال آن جبه واقع شده است، و سرانجام در مرکز، هسته‌ی آذرین قرار دارد. مابین هسته و جبه، طبقه‌ای به نام D" (با تلفظ دی ثانیه) وجود دارد که بسیار ناهمگن است. و اما هسته که به بزرگی کل سیاره‌ی مریخ است از مرکزی جامد متشکل از آلیاژ آهن و نیکل (به نام دانه) تشکیل شده است که جرم بزرگی از آهن گداخته آن را در بر گرفته است. در آن جا و در گردبادهای غول‌آسای هسته‌ی مایع است که میدان مغناطیسی زمین متولد می‌شود.
برای ایجاد میدان مغناطیسی زمین دو راه حل وجود دارد: آهن‌ربا، یا جریان الکتریکی. سنگ‌های درون کره‌ی زمین به علت داغی زیاد قادر به حفظ حالت مغناطیسی نیستند. بنابراین میدان مغناطیسی زمین با جریان‌های نیرومندی که در بیرون هسته در حرکت است به وجود می‌آید. آهن مایع در واقع رسانای بسیار خوبی برای جریان برق است.
جریان‌های الکتریکی هسته از کجا می‌آید؟ این جریان‌ها به واسطه‌ی سیلان مقادیر زیادی آهن مذاب ایجاد می‌شود. به این ترتیب، هسته قابل قیاس با دینامو است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. این در حقیقت دیناموی خودنگه‌دار است که مطابق با الگوی قرص فاراده کار می‌کند.
مواد گداخته به چه ترتیبی حرکت می‌کنند تا ایجاد میدان مغناطیسی کرده و طی میلیاردها سال این وضع را نگه‌داری کرده و حتی گاه‌گاهی آن را به حالت وارونه در آوردند؟ این پرسشی بنیادی برای نظریه‌پردازان مغناطیس زمین است، و به خاطر این که حرکت مواد آذرین در هسته بسیار پیچیده است، هنوز پاسخی برای آن یافت نشده است. تاکنون با هیچ مدل دینامویی حتی ساده شده‌ای نتوانسته‌اند توضیحی درباره‌ی وارونگی‌های میدان مغناطیسی بدهند. این‌گونه است که یا حالت تمایل به قطب به طور ناامید کننده‌ای ثابت می‌ماند، و یا با فواصل زمانی منظمی بازگشت می‌یابد. هر چند چندین سال پیش، گابینز، برای نخستین بار موفق شد با استفاده از یک دیناموی ابتدایی، دستگاهی را بسازد که در آن میدان مغناطیسی به خودی خود وارونه می‌شود.
وارونگی‌های قطب‌های مغناطیسی زمین، بستگی زیادی به تغییرات شدت میدان مغناطیسی زمین دارد. این نتیجه‌ی بسیار مهمی است که از اندازه‌گیری‌های دو پژوهشگر، ژان پیِر واله و لور می‌نادیه، از مؤسسه‌ی فیزیک گلوب پاریس، که چندین سال قبل انجام دادند، به دست آمد. تا قبل از آن به علت دشواری‌های اندازه‌گیری شدت میدان مغناطیسی زمین، پژوهشگران، تنها به جهت این میدان تمایل نشان می‌دادند. به این لحاظ، کشف این دو پژوهشگر، از اهمیت زیادی برخوردار است، و از طرف چندین کارشناس به عنوان «مهم‌ترین کشف در این زمینه از زمان پیدایش وارونگی‌ها» تلقی شده است.
این دو پژوهشگرِ مغناطیس زمینی، ته‌نشست‌هایی را که از بستر اقیانوس آرام برداشت کرده بودند اندازه‌گیری کرده و نتایج به دست آمده را با نقاط دیگر (اقیانوس‌های هند و اطلس) مقایسه کردند. نمودار شدت که توانستند برای آخرین چهار میلیون سال به این طرف ترسیم کنند بیش از پنجاه هزار اندازه‌گیری لازم داشت که به طور خودکار و مستمر به کمک مغناطیس‌نگار سرمازا (با توانایی کار در دماهای بسیار پایین)، انجام شد.
این نمودار دندانه‌ای نشان می‌دهد که میدان مغناطیسی، دوره‌ی تکرار شونده‌ای را می‌پیماید. هنگام دوره‌های قطبی ثابت، شدت به طور منظم کاهش می‌یابد و سپس وقتی میدان بسیار ضعیف شد به طور ناگهانی وارونه می‌شود، و پس از آن افزایش می‌یابد. و حتی به نظر می‌رسد که هر چه میدان پس از یک وارونگی، شدت به خود می‌گیرد بعد از مدت زمانی طولانی، بی آن که وارونه شود، بر جای می‌ماند.
بدین ترتیب به نظر می‌رسد حرکت مایع در هسته‌ی مرکزی کره‌ی زمین طبیعتاً منجر به تضعیف میدان مغناطیسی دو قطبی گردد. ولی وقتی این میدان، بسیار ضعیف گردد دوباره به حالت گذشته بر می‌گردد که اثرش قوت گرفتن آن است. سپس دوباره کاهش می‌یابد....
این گرایش‌های شدید، موجب پیچیدگی وضع، با بالا و پایین رفتن‌های کوچک و نامنظم شده که گاهی تا حد وارونگی‌های بی‌ثبات و گذرا پیش می‌رود و به دنبال آن، بازگشت میدان به وضعیت اولیه‌اش را در بر دارد. این دورنمای کاری پژوهشی برای کارشناسان دیناموی زمینی است، زیرا هیچ الگوی گردش جریان‌ها، پیش‌بینی این کاهش تدریجی میدان مغناطیسی را نکرده است.
میدان مغناطیسی زمین قابل قیاس با میدانی است که یک میله‌ی بسیار بزرگ آهن‌ربایی که در مرکز زمین جای گرفته باشد و در جهت محور گردشی آن قرار گرفته باشد ایجاد می‌کند. این میدان دو قطبی، نود درصدِ مجموع میدان مغناطیسی زمین را تشکیل می‌دهد. ده درصد دیگر، حالات غیرعادی گسترده‌ای است که در آن جا شدت میدان، بیشتر یا کم‌تر از شدت مربوط به میدان دو قطبی است. این حالات روی نقشه‌های مربوطه به خوبی مشهود است. در سطح زمین که ما استقرار داریم، حالت غیر دو قطبی، چندان اهمیتی ندارد، زیرا به نظر می‌رسد این حالت با دور شدن از هسته، با شتاب زیادی کاهش می‌یابد.
/ج
