Магнетизм в древних кристаллах показывает, когда возникло внутреннее ядро Земли

Исследователи смогли использовать анализ древних кристаллов горных пород - и записей магнетизма, запертых в них, - чтобы проследить историю внутреннего ядра Земли на протяжении сотен миллионов лет.

Ядро Земли, плотный горячий сгусток железа и никеля, состоит из двух слоев - твердого внутреннего ядра, зажатого внутри расплавленного внешнего ядра. Затем идет каменистая мантия (самый толстый из всех слоев) и кора, на которой мы все живем. Речь идет о 2 900 километрах (около 1 800 миль) под землей.

Судя по выводам исследователей, внутреннее ядро Земли кристаллизовалось в значительно большую массу около 550 миллионов лет назад. Эта кристаллизация обеспечила достаточно тепла для восстановления магнитного поля, которое истощилось около 15 миллионов лет назад, и создала условия для крупного взрыва жизни.

Магнитное поле Земли, защищающее жизнь от вредных солнечных ветров, фактически управляется вихревым жидким железом во внешнем ядре. Однако, как показывает новое исследование, твердый железо-никелевый сплав в самом центре также играет ключевую роль в качестве источника энергии.

"Внутреннее ядро имеет огромное значение", - говорит геофизик Джон Тардуно из Рочестерского университета в Нью-Йорке. "Прямо перед началом роста внутреннего ядра магнитное поле находилось в точке коллапса, но как только внутреннее ядро начало расти, поле восстановилось".

"Это исследование действительно подчеркивает необходимость иметь что-то вроде растущего внутреннего ядра, которое поддерживает магнитное поле в течение всего времени жизни - многие миллиарды лет - планеты".

Огромные расстояния и жаркие температуры делают измерение ядра Земли практически невозможным, поэтому ученые полагаются на кристаллы в породе - в данном случае на кристаллы полевого шпата в анортозите. Эти кристаллы действуют как высокоточные регистраторы магнетизма.

Сравнивая породы, датированные 565 миллионами лет назад, с породами, датированными 532 миллионами лет назад, команда смогла увидеть изменение магнитной силы - драматическое возвращение магнитного поля Земли. Изменения заняли десятки миллионов лет, но это относительно быстро с точки зрения геологических временных масштабов. 

Тепловые модели, основанные на результатах исследования, предполагают, что структура внутреннего ядра изменилась около 450 миллионов лет назад, создав границу между самым внутренним и самым внешним внутренним ядром. Изменения в мантии также совпадают с этими временными рамками.

"Поскольку мы более точно определили возраст внутреннего ядра, мы можем исследовать тот факт, что современное внутреннее ядро фактически состоит из двух частей", - говорит Тардуно.

"Тектонические движения плит на поверхности Земли косвенно повлияли на внутреннее ядро, а история этих движений запечатлена глубоко внутри Земли в структуре внутреннего ядра".

Зная больше о том, как внутреннее ядро эволюционировало до своего нынешнего состояния, мы можем узнать, как оно может измениться в будущем, а также получить возможность сравнения при изучении других планет.

Достаточно взглянуть на Марс, чтобы понять, что произошло бы, если бы внутреннее ядро не выросло и не дало толчок магнитному полю Земли, чтобы стать достаточно сильным для отражения вредного солнечного излучения от поверхности.

В отсутствие глобального магнитного поля для защиты марсианская атмосфера была разрушена солнечными ветрами в течение миллиардов лет - и в то же время лишилась воды и кислорода, необходимых для нормального процветания жизни.

"Земля, безусловно, потеряла бы гораздо больше воды, если бы магнитное поле Земли не было восстановлено", - говорит Тардуно. "Планета была бы намного суше и сильно отличалась бы от сегодняшней".

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.