Причина не лише в ядрі: щось таємниче глибоко всередині Землі керує магнітним полем

Чи могла мантія контролювати геодинамо Землі?

Магнітне поле Землі створюється завдяки геодинамо – руху розплавленого заліза в зовнішньому ядрі. Цей процес живиться теплом, яке надходить із ядра в мантію. Дослідження, опубліковане в журналі Nature Geoscience, показує, що характер цього теплового потоку був далекий від рівномірного і саме це могло визначати поведінку магнітного поля протягом щонайменше останніх 265 мільйонів років.

У нижній частині мантії, на глибині близько 2 900 кілометрів, сейсмологія фіксує дві гігантські області з пониженою швидкістю сейсмічних хвиль. Вони розташовані під Африкою та Тихим океаном і відомі як великі області зниженої швидкості зсувних хвиль. Ці структури, ймовірно, є гарячішими за навколишню мантію, що означає різкі контрасти теплового потоку на межі ядра й мантії.

Автори роботи під керівництвом професора Ей Джея Біггіна поєднали палеомагнітні дані, глобальні моделі магнітного поля та чисельні симуляції геодинамо. Основна увага була зосереджена не на інтенсивності поля, а на його геометрії та мінливості, зокрема на так званій палеосекулярній варіації – хаотичних коливаннях напрямку магнітного поля в геологічному масштабі часу.

Що виявило дослідження?

Результати показали чітку закономірність. Симуляції з рівномірним тепловим потоком через межу ядро-мантія не здатні відтворити ключові характеристики реального магнітного поля Землі. Натомість моделі, в яких тепловий потік змінюється залежно від регіону мантії, демонструють поведінку, що добре узгоджується з наявними палеомагнітними записами.

Зокрема, неоднорідний тепловий потік порушує осьову симетрію магнітного поля. Це проявляється у стійких відмінностях між різними довготами, які фіксуються як у сучасному магнітному полі, так і в даних віком десятки й сотні мільйонів років. Такі особливості практично неможливо отримати в моделях із однорідною мантією.

Ще один важливий висновок полягає в тому, що мантійна неоднорідність могла сприяти стабільності дипольного магнітного поля, пише SciTechDaily. У симуляціях без теплових контрастів геодинамо легше переходить у багатополярний режим, який для Землі характерний лише під час інверсій або екскурсів. Натомість за наявності гарячих і холодних ділянок у нижній мантії диполь залишається домінантним значно довше.

Що це нам дає?

Ці результати мають широкі наслідки:

• Палеомагнітні дані використовуються для реконструкцій руху континентів і давньої географії Землі. Якщо магнітне поле протягом сотень мільйонів років мало стійкі регіональні аномалії, це могло вносити систематичні похибки в такі реконструкції.
• Дослідження також відкриває новий спосіб вивчення еволюції мантії – через аналіз давніх магнітних полів, зафіксованих у породах.
• Нарешті, це може мати певний вплив на те, як ми вивчаємо екзопланети, шукаючи придатні для життя Світи.