RW Space

Хотя мы отправили зонды на миллиарды километров в межзвездное пространство, люди едва поцарапали поверхность нашей планеты, даже не пробившись сквозь тонкую кору.

Информация о глубоких недрах Земли поступает в основном из геофизики и стоит дорого. Мы знаем, что он состоит из твердой коры, каменистой мантии, жидкого внешнего ядра и твердого внутреннего ядра.

Но что именно происходит в каждом слое – и между ними – остается загадкой. Теперь наши исследования используют магнетизм нашей планеты, чтобы пролить свет на самую важную границу в недрах Земли: границу ее ядра и мантии.

Примерно в 3000 км под нашими ногами внешнее ядро ​​Земли, непостижимо глубокий океан расплавленного железного сплава, бесконечно бурлит, создавая глобальное магнитное поле, простирающееся далеко в космос. Для поддержания этого «геодинамо» и планетарного силового поля, которое оно создавало в течение последних нескольких миллиардов лет (защита Земли от вредного излучения), требуется много энергии.

Она была доставлена ​​в ядро ​​в виде тепла во время формирования Земли. Но он высвобождается только для того, чтобы привести геодинамо в движение наружу, к более холодной твердой породе, плавающей выше в мантии.

Без этой массивной внутренней передачи тепла от ядра к мантии и, в конечном итоге, через кору к поверхности, Земля была бы похожа на наших ближайших соседей, Марс и Венеру: магнитно мертва.

Входите в капли

Карты показывают, как быстро сейсмические волны (колебания акустической энергии), пересекающие скалистой мантии Земли, изменяются в самой нижней ее части, чуть выше ядра. Особенно примечательны два обширных региона вблизи экватора под Африкой и Тихим океаном, где сейсмические волны распространяются медленнее, чем где-либо еще.

Что делает эти «большие базальные структуры нижней мантии», или для краткости «капли», особенными, неясно. Они состоят из твердой породы, похожей на окружающую мантию, но могут иметь более высокую температуру или отличаться по составу, или и то, и другое.

Стоит ожидать, что сильные колебания температуры у основания мантии повлияют на нижележащее жидкое ядро ​​и магнитное поле, которое там генерируется. Твердая мантия меняет температуру и течет с исключительно медленной скоростью (миллиметры в год), поэтому любые магнитные следы сильных температурных контрастов должны сохраняться в течение миллионов лет.

От камней до суперкомпьютеров

Наше исследование сообщает о новых доказательствах того, что эти капли горячее, чем окружающая их нижняя мантия. И это оказало заметное влияние на магнитное поле Земли, по крайней мере, в течение последних нескольких сотен миллионов лет.

Поскольку магматические породы, недавно затвердевшие из расплавленной магмы, остывают на поверхности Земли в присутствии ее магнитного поля, они приобретают постоянный магнетизм, который соответствует направлению этого поля в это время и в этом месте.

Уже хорошо известно, что это направление меняется с широтой. Однако мы заметили, что магнитные направления, зафиксированные камнями возрастом до 250 миллионов лет, также, по-видимому, зависят от того, где по долготе образовались камни. Эффект был особенно заметен в низких широтах. Поэтому мы задавались вопросом, могут ли Blobs быть ответственны за это.

Убедительный аргумент был получен в результате сравнения этих магнитных наблюдений с моделированием геодинамо, работающим на суперкомпьютере. В одном из экспериментов предполагалось, что скорость потока тепла от ядра к мантии везде одинакова.

Они либо показали очень небольшую тенденцию к изменению магнитного поля по долготе, либо поле, которое они создавали, перешло в постоянно хаотическое состояние, что также не согласуется с наблюдениями.

Напротив, когда мы поместили на поверхность ядра узор, который включал сильные изменения в количестве тепла, всасываемого в мантию, магнитные поля вели себя по-другому. По-другому.

Что наиболее показательно, если предположить, что скорость потока тепла в Blobs была примерно в два раза выше, чем в другие, более холодные части мантии, это означало, что магнитные поля, созданные в результате моделирования, содержали продольные структуры, напоминающие записи из древних камней.

Еще одно открытие заключалось в том, что эти поля были менее склонны к коллапсу. Таким образом, добавление Blobs позволило нам воспроизвести наблюдаемое стабильное поведение магнитного поля Земли в более широком диапазоне.

По теме: Переворачивающееся магнитное поле Земли, слышимое как звук, вызывает нервирующий ужас

По-видимому, происходит то, что две горячие Blob изолируют жидкий металл под ними, предотвращая потерю тепла, которая в противном случае привела бы к тепловому сжатию жидкости и ее погружению в ядро. Поскольку поток основной жидкости создает большее магнитное поле, эти застойные пруды металла не участвуют в процессе геодинамо.

Кроме того, так же, как мобильный телефон может потерять сигнал, если его поместить в металлический ящик, эти стационарные области проводящей жидкости «экранируют» магнитное поле, создаваемое циркулирующей жидкостью внизу.

Поэтому огромные капли породили характерные продольно изменяющиеся закономерности в форме и изменчивости Магнитное поле Земли. И это соответствует тому, что было зафиксировано горными породами, образовавшимися на низких широтах.

В большинстве случаев форма магнитного поля Земли очень похожа на ту, которая создается стержневым магнитом, ориентированным на ось вращения планеты. Именно поэтому магнитный компас большую часть времени указывает почти на север в большинстве мест на поверхности Земли.

Коллапсы в слабые, многополярные состояния происходили много раз в геологической истории, но они довольно редки, и поле, похоже, после этого восстанавливалось довольно быстро. По крайней мере, в симуляциях Blobs, кажется, помогают это сделать.

Итак, хотя нам еще многое предстоит узнать о том, что такое Blobs и как они возникли, возможно, нам есть за что их поблагодарить, помогая сохранять магнитное поле стабильным и полезным для человечества.

Эндрю Биггин, профессор геомагнетизма, Ливерпульский университет

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.