Примерно в 3 000 км под нашими ногами, закрученное жидкое железо во внешнем ядре Земли генерирует защитное магнитное поле нашей планеты. Это магнитное поле невидимо, но жизненно важно для жизни на поверхности Земли, потому что оно защищает планету от солнечного ветра и потоков излучения от Солнца, пишет «phys.org».
Однако около 565 миллионов лет назад напряженность магнитного поля снизилась до 10 процентов от его сегодняшней силы. Затем, таинственным образом, поле отскочило назад, восстановив свою силу незадолго до кембрийского бума многоклеточной жизни на Земле.
Что заставило магнитное поле прийти в норму?
Согласно новому исследованию ученых из Университета Рочестера, это омоложение произошло в течение нескольких десятков миллионов лет — быстро в геологических временных масштабах — и совпало с формированием твердого внутреннего ядра Земли, предполагая, что ядро, вероятно, является прямой причиной.
«Внутреннее ядро чрезвычайно важно», — говорит Джон Тардуно, Уильям Р. Кенан-младший, профессор геофизики на кафедре наук о Земле и окружающей среде.
«Прямо перед тем, как внутреннее ядро начало расти, магнитное поле находилось в точке коллапса, но как только внутреннее ядро начало расти, поле было регенерировано», - считает он.
Новое исследование определило несколько ключевых дат в истории внутреннего ядра, включая более точную оценку его возраста.
Исследование дает подсказки об истории и будущей эволюции Земли и о том, как она стала пригодной для жизни планетой, а также об эволюции других планет в Солнечной системе.
Земля состоит из слоев: коры, где находится жизнь; мантия, самый толстый слой Земли; расплавленное внешнее ядро; и твердое внутреннее ядро.
Магнитное поле Земли генерируется в ее внешнем ядре, где закручивающееся жидкое железо вызывает электрические токи, управляя явлением, называемым геодинамо, которое производит магнитное поле.
Из-за связи магнитного поля с ядром Земли ученые десятилетиями пытались определить, как менялось магнитное поле и ядро Земли на протяжении всей истории нашей планеты.
Ученые не могут напрямую измерить магнитное поле из-за расположения и экстремальных температур материалов в ядре. К счастью, минералы, которые поднимаются на поверхность Земли, содержат крошечные магнитные частицы, которые фиксируют направление и интенсивность магнитного поля, которые можно изучить и обследовать после охлаждения от своего расплавленного состояния.
Эти кристаллы имеют мельчайшие магнитные стрелки внутри них, которые являются «идеальными магнитными рекордерами», говорит Тардуно.
Изучая магнетизм, запертый в древних кристаллах — поле, известное как палеомагнетизм — исследователи определили две новые важные даты в истории внутреннего ядра.
Первое, 550 миллионов лет назад: время, когда магнитное поле начало быстро обновляться после почти коллапса за 15 миллионов лет до этого. Исследователи связывают быстрое обновление магнитного поля с образованием твердого внутреннего ядра, которое перезаряжает расплавленное внешнее ядро и восстанавливает напряженность магнитного поля.
И второе, 450 миллионов лет назад: время, когда структура растущего внутреннего ядра изменилась, обозначив границу между самым внутренним и самым внешним внутренним ядром. Эти изменения во внутреннем ядре совпадают с изменениями примерно в то же время в структуре вышележащей каминной полки или слоя из-за тектоники плит на поверхности.
Лучшее понимание динамики и роста внутреннего ядра и магнитного поля имеет важные последствия не только для раскрытия прошлого Земли и предсказания ее будущего, но и для разгадки способов, которыми другие планеты могут формировать магнитные щиты и поддерживать условия, необходимые для хранения жизни.
Исследователи считают, что Марс, например, когда-то имел магнитное поле, но поле рассеивалось, оставляя планету уязвимой для солнечного ветра и поверхность без океанов. Хотя неясно, привело ли бы отсутствие магнитного поля к тому, что Землю постигла та же участь, «Земля, безусловно, потеряла бы гораздо больше воды, если бы магнитное поле Земли не было регенерировано», — говорит Тардуно. «Планета была бы намного суше и сильно отличалась бы от планеты сегодня».
Таким образом, с точки зрения планетарной эволюции, исследование подчеркивает важность магнитного щита и механизма его поддержания, считают ученые.
Это исследование действительно подчеркивает необходимость иметь что-то вроде растущего внутреннего ядра, которое поддерживает магнитное поле в течение всей жизни планеты.