Учёные обнаружили скрытые структуры в недрах Земли, влияющие на магнитное поле

Исследователи выяснили, что гигантские горячие скальные образования глубоко под Землёй влияют на поведение магнитного поля планеты. Credit: Shutterstock

Добраться до самых глубоких частей Земли гораздо сложнее, чем путешествовать в космос. Люди преодолели около 25 миллиардов километров за пределами нашей планеты, однако бурение под её поверхностью достигло глубины лишь чуть более 12 километров. Это серьёзное ограничение означает, что учёные всё ещё относительно мало знают о том, что находится далеко ниже коры.

Особенно важен этот пробел в знаниях вблизи границы между мантией и ядром. Этот регион представляет собой наиболее критическую внутреннюю границу Земли и теперь стал объектом нового исследования, раскрывающего неожиданное магнитное поведение.

Гигантские горячие скальные структуры под Африкой и Тихим океаном

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Geoscience, группа учёных под руководством Ливерпульского университета обнаружила магнитные свидетельства того, что две массивные, сильно нагретые скальные формации у основания мантии Земли влияют на жидкое внешнее ядро под ними. Эти структуры расположены примерно в 2900 километрах под Африкой и Тихим океаном.

Результаты предполагают, что эти огромные тела твёрдой, перегретой породы, окружённые кольцом из более холодного материала от полюса до полюса, играли роль в формировании магнитного поля Земли на протяжении миллионов лет.

Сочетание древнего магнетизма с суперкомпьютерными моделями

Воссоздание древних магнитных полей и моделирование процессов, которые их генерируют, — чрезвычайно сложная задача. Чтобы исследовать эти глубинные особенности Земли, учёные объединили палеомагнитные данные с передовыми компьютерными симуляциями геодинамо — движения жидкого железа во внешнем ядре, которое создаёт магнитное поле Земли, подобно тому, как ветряная турбина генерирует электричество.

Эти численные модели позволили команде воссоздать ключевые особенности магнитного поведения Земли за последние 265 миллионов лет. Даже с доступом к суперкомпьютеру запуск симуляций в таких огромных временных масштабах требует колоссальных вычислительных усилий.

Неравномерный нагрев на границе ядра и мантии

Результаты показали, что верхняя граница внешнего ядра не имеет однородной температуры. Вместо этого она содержит резкие тепловые контрасты, с локализованными горячими зонами, расположенными под скальными структурами размером с континент.

Анализ также показал, что некоторые компоненты магнитного поля Земли оставались относительно стабильными в течение сотен миллионов лет, в то время как другие аспекты со временем менялись кардинально.

Энди Биггин, профессор геомагнетизма Ливерпульского университета, заявил:

«Эти выводы предполагают, что в скалистой мантии прямо над ядром существуют сильные температурные контрасты и что под более горячими регионами жидкое железо в ядре может застаиваться, а не участвовать в активном потоке, наблюдаемом под более холодными регионами.

Получение таких сведений о глубинных недрах Земли в очень длительных временных масштабах укрепляет аргументы в пользу использования записей древнего магнитного поля для понимания как динамической эволюции глубинных недр Земли, так и её более стабильных свойств.

Эти выводы также имеют важное значение для вопросов, связанных с древними континентальными конфигурациями, такими как формирование и распад Пангеи, и могут помочь разрешить давние неопределённости в древнем климате, палеобиологии и формировании природных ресурсов. В этих областях предполагалось, что магнитное поле Земли, усреднённое за длительные периоды, ведёт себя как идеальный стержневой магнит, выровненный по оси вращения планеты. Наши выводы заключаются в том, что это может быть не совсем так».

Детали исследования и публикации

Исследование было проведено учёными из исследовательской группы DEEP (Determining Earth Evolution using Palaeomagnetism) Школы наук об окружающей среде Ливерпульского университета совместно с исследователями из Лидского университета.

Профессор Биггин и его команда сосредоточены на изучении магнитных сигналов, сохранившихся в горных породах, собранных по всему миру, для реконструкции истории магнитного поля Земли и внутренней динамики планеты.

DEEP была создана в 2017 году при финансировании Leverhulme Trust и Совета по исследованиям природной среды (NERC).