美国古老石墙上记录的地球漂泊磁极运动

19
05月

当我还是一个生活在新罕布什尔州南部的孩子时,我的家就在一个废弃的农庄的遗址上,这个农庄由大量的采石花岗岩基石组成,住宅曾经居住过。 石墙蜿蜒穿过整个森林。 当我探索高大的橡树和枫树深处的树林时,我想知道是谁建造了这些墙壁,以及为什么。 这些墙壁包含哪些故事?

几十年后,虽然生活在纽约州北部的一个乡村环境中并且作为一名地质学家即将退休,但我的长期休眠兴趣却被跋涉穿过邻近的树林重新燃起。 到目前为止,我知道新英格兰和纽约的石墙是标志性的遗迹,因为农民为了种植庄稼和放牧牲畜需要清理石头之地。 在大约一万年前结束的最后一次冰川作用期间,整个地区沉积了大量的花岗岩和吨。

到19世纪末,近17万个自给农业家庭在东北部建造了大约246,000英里的石墙。 但到那时,工业革命已经开始为美国东北部这些农场的广泛放弃做出贡献。几十年来,它们被森林所覆盖。

在我最近穿过树林的过程中,我一时兴起使用手持GPS装置来绘制几英里长的石墙。 这就是我意识到除了作为美国遗产的一部分之外,他们的位置记录了数百年的历史。

用历史地图连接墙壁

从我的GPS读数中出现的复杂的墙壁阵列对我来说毫无意义,直到我在当地历史社会找到了我的城镇物业边界的旧地图。 突然间,我看到地图上的一些石墙沿着1790年的地产线铺设。它们标志着边界。

我随后对教堂记录的搜索和几十年的联邦人口普查揭示了这些农场家庭的名字和他们生活的细节,包括他们收获的年收益率。 我开始觉得石墙让我与在这片土地上工作的长期以来的人们联系起来。

现在,科学家心中的轮子真的开始旋转了。 18至19世纪在这个城镇的原始土地调查是否仍然存在? 在原始调查中,这些边界的磁罗盘轴承是什么?

我知道,由于地球核心的变化,磁北的位置会随着时间的推移而漂移。 我可以用石墙和旧的土地调查确定它的漂移吗? 我的石墙初步地图和一些历史调查表明,这种方法具有潜力。

但是,要获得任何科学价值,这项工作必须涵盖更大的领域。 我需要一种不同的策略来寻找和绘制石墙。 幸运的是,我找到了两个有用的信息。 首先,纽约州档案馆有18个和19世纪的数百个原始土地调查。 其次,空中的LiDAR(光探测和测距)图像是公开的,可以揭示隐藏在森林树冠下面的石墙,覆盖的区域比我自己用脚覆盖的区域要大得多。

跟踪磁北随时间的漂移

地球每24小时在其轴上旋转一次。 北半球旋转轴的位置称为真北,并且非常缓慢地漂移。 然而,在几个世纪的时间尺度上,真北的位置可以被认为是静止的。

Earth northern magnetic pole 该图显示了2019年初北磁极(白点)和磁偏角(轮廓间隔2度)的位置。众所周知,地球的磁场随着时间的推移变得越来越强大。 它也偶尔翻转,北极和南极反转。 NOAA NCEI / CIRES

但是当它指向北方时,这并不是指南针的目标。 北磁极的位置不仅与真正的北方不同,而且也在快速变化 - 目前在新英格兰每10年变化一度。

真北和磁北(在地球上的特定时间和位置)之间的方向差异被称为磁偏角。 关于磁偏角的历史变化的全球信息目前基于从1590年起在船舶航行日志中记录的数千个磁罗盘轴承。

但是现在我在726英里的石墙上的工作提供了对1685年到1910年间磁偏角的独立检查。

这是逻辑。 当定居者沿着他们的地块堆积那些石头时,他们正在使用根据测量员的指南针读数布置的属性线。 使用LiDAR图像,可以根据真北确定这些石墙的轴承,并与测量员的磁轴承进行比较。 不同之处在于原始调查时的磁偏角。

例如,最初的调查将新罕布什尔州的斯托达德镇划分为数百个地块,与1768年的N80度W和N14度E的磁罗经轴承有界限。随着土地被清理用于耕种,业主在1768年内建造了石墙。调查边界。

boundaries stone walls 激光雷达揭示了隐藏在树冠下的石墙。 在1768年对边界进行调查时,将它们的方向与真正的北方进行比较可以在这个位置提供磁偏角。 约翰德拉诺/对话

现在,我们可以比较那些石墙定义的边界相对于磁北和真北的轴承。 差异表明,1768年这个位置的磁偏角为7.6±0.3度。这与科学家当前的地球物理模型非常匹配。 由于今天这个位置的磁偏角为14.2度W,因此自1768年以来,该位置的磁北方向向西移动了约6.6度。

来自这些石墙的数据加强了当前关于地球磁场的地球物理模型。

是大气与环境科学杰出教学教授

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