Учёные доказали, что жидкое ядро ранней Земли генерировало защитное магнитное поле

Вид внутренней части Земли около 1 миллиарда лет назад: запутанные линии магнитного поля внутри ядра связаны с внешним магнитным полем планеты. Автор: ETH Zurich / SUSTech

Земле повезло иметь магнитное поле: оно защищает планету и её жизнь от вредного космического излучения. Другие планеты нашей Солнечной системы — например, Марс — постоянно подвергаются бомбардировке заряженными частицами, что делает жизнь там невозможной.

Учёные объясняют генерацию магнитного поля механизмом, известным как «теория динамо». Согласно ей, постепенное охлаждение жидкого железо-никелевого ядра создаёт круговые токи жидкого материала во внешнем ядре, называемые конвекционными потоками.

Одновременно вращение Земли отклоняет эти потоки, заставляя их двигаться по спирали. Эти конвекционные токи генерируют электрические токи, которые, в свою очередь, создают магнитные поля, формируя большую часть земного магнетизма.

Однако в теории есть изъян: до кристаллизации внутреннего ядра около 1 миллиарда лет назад ядро Земли было полностью жидким. Возникает вопрос — могло ли магнитное поле существовать до этого момента?

Команда из трёх геофизиков из ETH Zurich и SUSTech (Китай) дала ответ на этот вопрос в новом исследовании, опубликованном в журнале Nature.

Новая модель даёт ответ

Поскольку процессы внутри Земли невозможно наблюдать напрямую, учёные изучают их с помощью компьютерных моделей.

Исследователи разработали модель Земли, чтобы проверить, может ли полностью жидкое ядро генерировать стабильное магнитное поле. Их симуляции частично выполнялись на суперкомпьютере Piz Daint в CSCS (Лугано).

Иллюстрация баланса сил. Автор: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09334-y

Симуляции показали, что вязкость земного ядра не влияет на эффект динамо. Это означает, что магнитное поле Земли в ранний период формировалось так же, как и сегодня.

Команда впервые смогла минимизировать влияние вязкости ядра до пренебрежимо малого значения в модели. «До сих пор никому не удавалось провести такие расчёты в правильных физических условиях», — говорит ведущий автор исследования Юйфэн Линь.

Понимание истории магнитного поля Земли

«Это открытие помогает лучше понять историю магнитного поля Земли и полезно для интерпретации геологических данных прошлого», — отмечает соавтор Энди Джексон, профессор геофизики ETH Zurich.

Это также меняет взгляд на возникновение жизни. Миллиарды лет назад магнитный щит, блокирующий вредное излучение из космоса, по-видимому, сделал возможным развитие жизни.

Новые данные можно использовать и для изучения магнитных полей других небесных тел, таких как Солнце, Юпитер или Сатурн.

Необходимость для современной цивилизации

Магнитное поле Земли не только защищает жизнь, но и играет ключевую роль в работе спутниковой связи и других аспектов современной цивилизации. «Поэтому важно понимать, как генерируется магнитное поле, как оно меняется со временем и какие механизмы его поддерживают», — говорит Джексон. — «Если мы поймём, как создаётся магнитное поле, мы сможем предсказать его будущее развитие».

За всю историю Земли магнитное поле меняло свою полярность тысячи раз. В последние десятилетия учёные также наблюдают быстрое смещение магнитного северного полюса к географическому. Понимание изменений земного магнетизма крайне важно для нашей цивилизации.

Больше информации: Юйфэн Линь и др., Invariance of dynamo action in an early-Earth model, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09334-y

Источник: ETH Zurich