Земля внутри устроена как слоеный пирог: кора, каменная мантия, жидкое внешнее ядро и твердое внутреннее. Самое интересное для ученых сейчас происходит на глубине около 3000 километров — там, где мантия встречается с внешним ядром. Именно в этой пограничной зоне решается, каким будет магнитное поле нашей планеты и насколько мощным оно останется.
Как работает земное магнитное поле
Магнитный щит Земли рождается во внешнем ядре, которое состоит из огромного объема расплавленного железа. Этот жидкий металл постоянно движется, создавая эффект геодинамо. Но чтобы система работала, ядру нужно остывать — тепло должно уходить наверх, через мантию к поверхности. Если этот отток прекратится, магнитный двигатель заглохнет.
Астрофизик Руднев Алексей Михайлович объясняет это так: «Если бы не этот теплообмен, Земля превратилась бы в подобие Марса или Венеры, где магнитное поле либо слишком слабое, либо его нет совсем».
Странные области в глубинах мантии
Изучая сейсмические волны, ученые обнаружили в нижней части мантии две гигантские области — одну под Африкой, другую под Тихим океаном. В этих местах сейсмические волны почему-то замедляются. Геологи называют их «блобами» или, официально, провинциями с низкой скоростью сдвига (LLVP).
У этих структур есть свои особенности:
- они находятся в районе экватора;
- их состав или температура сильно отличаются от остальной мантии;
- они почти не двигаются — смещаются всего на пару миллиметров в год, поэтому остаются на своих местах миллионы лет.
Что рассказали древние камни
Информацию о том, каким магнитное поле было в глубоком прошлом, мы получаем из застывшей лавы. Когда магматические породы остывают, минералы в них буквально «запоминают» направление и силу поля того времени. Изучив образцы возрастом до 250 миллионов лет, исследователи заметили странную вещь: характеристики поля зависели от того, в какой географической долготе находилась порода.
Эндрю Биггин говорит об этом так: «В камнях возрастом до 250 миллионов лет направление поля явно зависело от долготы, особенно в районе экватора. Это навело нас на мысль, что всему виной те самые загадочные пузыри в мантии».
Итоги компьютерного моделирования
Чтобы проверить эту догадку, ученые запустили сложные расчеты на суперкомпьютерах. Они сравнили два сценария развития событий:
- В первом случае тепло уходило от ядра равномерно по всей поверхности. Эта модель работала плохо и не совпадала с тем, что мы видим в реальных древних породах.
- Во втором случае учли влияние «блобов». Там, где они находились, поток тепла из ядра был в два раза слабее обычного.
Второй вариант в точности повторил картину магнитного поля из прошлого. Оказалось, что эти горячие зоны в мантии работают как теплоизоляция. Металл в ядре под ними движется не так активно, создавая спокойные участки. Эти зоны «затишья» не дают магнитному полю превратиться в хаос и удерживают его структуру в стабильном состоянии.
Почему это важно для жизни на Земле
Благодаря этим неровностям в температуре мантии наше магнитное поле остается дипольным — то есть ведет себя как привычный всем магнит с двумя полюсами. Такая конфигурация лучше всего защищает нас от солнечного ветра и жесткого космического излучения. Если бы мантийные «пузыри» не стабилизировали процесс, магнитный щит Земли постоянно бы дергался, а полюса менялись местами гораздо чаще и непредсказуемее.
Часто задаваемые вопросы
Это гигантские структуры в нижней мантии, расположенные под Африкой и Тихим океаном, которые отличаются по температуре и плотности от окружающих пород и влияют на теплообмен с ядром.
Информацию получают из магматических пород: при застывании лавы содержащиеся в ней минералы фиксируют направление и силу магнитного поля того времени.
Оно служит щитом, который отклоняет потоки солнечной радиации и космических лучей, предотвращая разрушение атмосферы и защищая живые организмы.