Земное ядро затвердело как раз вовремя, чтобы сохранить магнитное поле

Новое исследование показало, что внутреннее ядро ​​Земли затвердело около 565 миллионов лет назад — как раз вовремя, чтобы не только спасти защитное магнитное поле планеты от неизбежного коллапса, но и запустить его на полную мощность.

Результаты, опубликованные в журнале Nature Geoscience, подтверждают ранее выдвинутую идею о том, что внутреннее ядро ​​Земли относительно молодо. Они также дают представление о том, как быстро Земля теряла тепло с момента своего образования 4,54 миллиарда лет назад — а это ключ к пониманию не только создания магнитного щита планеты, но и конвекции в тектонике мантии и плит.

«У нас не так много реальных критериев для оценки тепловой истории нашей планеты», — говорит Питер Олсон, геофизик из Университета Джона Хопкинса. «Мы знаем, что ранее внутри наша планета был жарче, чем сегодня, потому что все планеты теряют тепло. Но мы не знаем, какая средняя температура была миллиард лет назад по сравнению с сегодняшним днем​​». Ученые говорят, что тот процесс, когда железо во внутреннем ядре начало кристаллизоваться, может дать представление о том, насколько горячей была внутренняя часть планеты в то время.

Железо-никелевое ядро ​​планеты состоит из двух слоев: твердого внутреннего ядра и расплавленного внешнего ядра. Когда это твердое внутреннее ядро ​​сформировалось, это большой вопрос. «Предполагаемый возраст был где-то от 500 миллионов лет до более 2,5 миллиардов лет», — говорит соавтор работы, Джон Тардуно, геофизик из Университета Рочестера в Нью-Йорке.

Взаимодействие двух слоев приводит в движение геодинамику, циркуляцию богатой железом жидкости, которая питает магнитное поле. Это поле, окружающее планету, защищает Землю от солнечного ветра, постоянного потока заряженных частиц, выбрасываемых Солнцем.

Когда внутреннее ядро ​​охлаждается и кристаллизуется, состав оставшейся жидкости изменяется; более плавучая жидкость поднимается как шлейф, в то время как охлаждающие кристаллы тонут. Эта самостоятельная, управляемая плотностью циркуляция создает сильное магнитное поле с двумя противоположными полюсами — севером и югом, или полярностью.

Следы магнетизма в древних породах говорят о том, что у Земли было магнитное поле еще 4,2 миллиарда лет назад. Это более раннее поле, вероятно, было вызвано теплом внутри планеты, приводящим в движение циркуляцию внутри расплавленного ядра.

Но с течением времени, как показывает компьютерное моделирование, тепловая циркуляция не была бы достаточно сильной, чтобы продолжать питать сильное магнитное поле. Вместо этого поле начало уменьшаться, о чем сообщается в записи горных пород ослаблением интенсивностей и быстрыми изменениями полярности в течение миллионов лет. И затем, в какой-то момент, внутреннее ядро ​​Земли начало кристаллизоваться, запуская геодинамическое начало и создавая новое сильное магнитное поле.

Теперь ученые думают, что они нашли доказательства того, когда происходил этот новый всплеск магнитного поля. Исследователи во главе с геофизиком Ричардом Боно, в настоящее время работающим в Ливерпульском университете в Англии, изучили магнитные включения в ряде горных пород в Квебеке, Канада, возрастом примерно 565 миллионов лет назад. Анализ включений — игольчатых, богатых железом зерен, которые ориентируются в соответствии с ориентацией магнитного поля, существовавшего при образовании горных пород, — показывает, что магнитное поле планеты в то время было чрезвычайно слабым, сообщают ученые.

В сочетании с предыдущими исследованиями, в которых было обнаружено, что магнитное поле также быстро меняет полярность в течение этого периода времени, новый результат показывает, что поле Земли могло быть на грани коллапса около 565 миллионов лет назад.

Новый вывод «потенциально очень важен», говорит Питер Олсон. Поскольку породы, несущие магнитные зерна, не охлаждались мгновенно, а в течение длительного времени, данные представляют среднюю напряженность поля за период около 100 000 лет. Это означает, что ученые не только сделали снимок во время флуктуирующего поля, но и нашли истинный постоянный сигнал, говорит он. Компьютерное моделирование показало, что фаза слабого поля могла длиться гораздо дольше — в периоде от 900 до 600 миллионов лет назад.

R.K. Bono et al. Young inner core inferred from Ediacaran ultra-low geomagnetic field intensity. Nature Geoscience. Published online January 28, 2019. doi:10.1038/s41561-018-0288-0.