Результаты моделирования показывают, что в создании магнитного поля Земли и придании ему неправильной формы участвовали две огромные массы раскаленных горных пород.
Магнитное поле Земли простирается на десятки тысяч километров в космос. Getty Images/iStockphoto
Два огромных, загадочных скопления раскаленной породы вокруг ядра Земли, возможно, сыграли решающую роль в формировании магнитного поля Земли и привели к его некоторой нестабильности на протяжении миллионов лет.
Ученые уже несколько десятилетий знают о двух необычных, размером с континент, скоплениях горных пород, одно из которых находится под Африкой, а другое — под Тихим океаном. Эти образования, простирающиеся почти на 1000 километров от внешнего ядра до каменистой мантии, должны отличаться от окружающей среды, поскольку сейсмические волны распространяются в них медленнее. Но поскольку их трудно измерить из-за большой глубины залегания, ученые не могут точно определить, в чем именно заключаются эти различия.
Эндрю Биггин из Ливерпульского университета (Великобритания) и его коллеги обратились к магнитному полю Земли в поисках подсказок. Это поле формировалось миллиарды лет в результате перемешивания расплавленного железа в ядре нашей планеты. Оно простирается на десятки тысяч километров в космос, защищая нас от солнечного ветра и космического излучения.
Точная форма и структура этого магнитного поля определяются количеством энергии в виде тепла, которое перемещается из горячего ядра в более холодные области вокруг него. Биггин и его команда предположили, что, изучая изменения магнитного поля, они смогут узнать о перемещении тепла через ядро Земли.
Исследователи сопоставили данные древних вулканических пород, сохранивших направление магнитного поля Земли в нескольких разных точках за последние десятки или сотни миллионов лет, чтобы составить представление о том, как магнитное поле Земли менялось с течением времени. Затем они провели моделирование того, как тепло, протекающее через ядро и мантию планеты, создавало магнитное поле, как для сценариев с гигантскими сгустками раскаленной породы, так и без них, и сравнили полученные результаты с реальными показаниями магнитного поля.
Они обнаружили, что моделирование с использованием сгустков породы лучше всего соответствует древним магнитным данным. «Эти модели конвекции, происходящей в ядре и генерирующей магнитное поле, могут воспроизвести некоторые из основных особенностей [магнитного] поля, но только если вы зададите эту сильную неоднородность в количестве тепла, выходящего из верхней части ядра», — говорит Биггин.
Другими словами, эти регионы, вероятно, были намного горячее, чем окружающие их регионы, на протяжении сотен миллионов лет, что привело к уменьшению теплового потока между ядром и мантией. Согласно результатам моделирования, проведенного группой исследователей, этот иной тепловой поток способствовал формированию и стабилизации магнитного поля Земли.
Большинство геологов предполагают, что на протяжении миллионов лет магнитное поле Земли было по существу симметричным, подобно стержневому магниту, используемому в компасе. Но Биггин и его команда также обнаружили, что древнее магнитное поле в среднем не было симметричным и содержало систематические отклонения, сохранявшиеся на протяжении миллионов лет, которые, по-видимому, также являются результатом этих скоплений горных пород. Это может иметь значение для того, как геологи рассчитывают движение древних горных пород и рассказывают нам о том, как менялись глубинные структуры Земли с течением времени, говорит Биггин.
Если выводы команды верны, то разница температур, обнаруженная в этих сгустках, может существовать и в верхних слоях внешнего ядра Земли, и её можно будет обнаружить с помощью сейсмических волн, говорит Биггин.
Но зафиксировать это было бы крайне сложно, говорит Санне Коттаар из Кембриджского университета. «У меня есть сомнения, — говорит она. — Нам очень трудно составить карту вариаций внутри ядра, учитывая, что нам приходится просматривать так много мантийного материала, прежде чем мы их увидим».
Nature Geoscience DOI: 10.1038/s41561-025-01910-1
Источник: www.newscientist.com
