Древние породы подсказали, как Земле избежать судьбы, подобной Марсу

Примерно в 1 800 милях (около 3 тыс.) под нашими ногами вращающееся жидкое железо во внешнем ядре Земли создает защитное магнитное поле нашей планеты. Оно невидимо, но жизненно необходимо для жизни на поверхности Земли, поскольку защищает планету от солнечного ветра – потоков солнечной радиации.

Однако около 565 миллионов лет назад сила магнитного поля упала примерно до 10 процентов от его нынешней силы. Затем, загадочным образом, поле восстановило свою силу прямо перед Кембрийским взрывом многоклеточной жизни на Земле.

Согласно новому исследованию ученых из Рочестерского университета, это омоложение произошло в течение нескольких десятков миллионов лет – быстро по геологическим меркам – и совпало с формированием твердого внутреннего ядра Земли, что позволяет предположить, что ядро, вероятно, является непосредственной причиной.

“Внутреннее ядро чрезвычайно важно. Незадолго до начала роста внутреннего ядра магнитное поле было на грани коллапса, но как только внутреннее ядро начало расти, поле восстановилось”. – рассказывает Джон Тардуно, профессор геофизики факультета наук о Земле и окружающей среде имени Уильяма Р. Кенана-младшего и декан исследовательского факультета искусств, наук и инженерии в Рочестере.

В работе, опубликованной в журнале Nature Communications, исследователи определили несколько ключевых дат в истории внутреннего ядра, включая более точную оценку его возраста. Исследование дает подсказки об истории и дальнейшей эволюции Земли и о том, как она стала пригодной для жизни планетой, а также об эволюции других планет Солнечной системы.

Земля состоит из слоев: коры, где обитает жизнь; мантии, самого толстого слоя Земли; расплавленного внешнего ядра; твердого внутреннего ядра, которое в свою очередь состоит из внешнего внутреннего ядра и внутреннего ядра.

Магнитное поле Земли генерируется во внешнем ядре, где вращающееся жидкое железо вызывает электрические токи, вызывая явление, называемое геодинамикой, которое создает магнитное поле.

Из-за связи между магнитным полем и ядром Земли ученые уже несколько десятилетий пытаются определить, как менялись магнитное поле и ядро Земли на протяжении истории нашей планеты. Они не могут напрямую измерить магнитное поле из-за расположения и экстремальных температур материалов в ядре. К счастью, минералы, поднимающиеся на поверхность Земли, содержат крошечные магнитные частицы, которые регистрируют направление и интенсивность магнитного поля по мере остывания минералов из расплавленного состояния.

Чтобы лучше определить возраст и рост внутреннего ядра, Тардуно и его команда использовали CO2-лазер и лабораторный магнитометр со сверхпроводящим квантовым интерференционным устройством (SQUID) для анализа кристаллов полевого шпата из анортозита. По словам Тардуно, эти кристаллы содержат крошечные магнитные иглы, которые являются “идеальными магнитными регистраторами”.

Изучая магнетизм, заключенный в древних кристаллах – область, известная как палеомагнетизм – исследователи определили две новые важные даты в истории внутреннего ядра:

550 миллионов лет назад: время, когда магнитное поле начало быстро обновляться после почти полного коллапса 15 миллионов лет назад. Исследователи связывают быстрое возобновление магнитного поля с образованием твердого внутреннего ядра, которое перезарядило расплавленное внешнее ядро и восстановило силу магнитного поля.

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 мантии, вызванными тектоникой плит на поверхности.

Лучшее понимание динамики и роста внутреннего ядра и магнитного поля имеет важные последствия не только для раскрытия прошлого Земли и прогнозирования ее будущего, но и для понимания того, как другие планеты могут формировать магнитные щиты и поддерживать условия, необходимые для жизни.

Исследователи считают, что Марс, например, когда-то имел магнитное поле, но оно рассеялось, оставив планету уязвимой для солнечного ветра и поверхность без океанов.

“Земля, несомненно, потеряла бы гораздо больше воды, если бы магнитное поле Земли не было восстановлено. Планета была бы намного суше и сильно отличалась бы от сегодняшней”. – подчеркивают ученые.