Как два огромных сгустка перегретого вещества помогают формировать магнитное поле Земли

Как измерение древних магнитных полей, так и моделирование процессов, которые их генерируют, являются технически сложными задачами.

Для изучения глубинных особенностей Земли авторы нового исследования, опубликованного в Nature Geoscience, объединили палеомагнитные наблюдения с передовыми компьютерными моделями геодинамо — потока жидкого железа во внешнем ядре, который генерирует магнитное поле Земли подобно тому, как ветряная турбина вырабатывает электричество.

Компьютерные модели позволили ученым реконструировать ключевые наблюдения за поведением магнитного поля за последние 265 миллионов лет. Даже с использованием суперкомпьютера проведение подобных симуляций, особенно захватывающих продолжительные временные участки, представляет собой серьезную и непростую вычислительную задачу.

Результаты исследования показали, что верхняя граница внешнего ядра имеет далеко не равномерную температуру. Вместо этого здесь наблюдаются сильные температурные контрасты: локальные горячие зоны соседствуют с каменистыми участками континентальных размеров. А некоторые участки магнитного поля, по-видимому, оставались относительно стабильными на протяжении сотен миллионов лет, в то время как другие значительно изменились с течением времени.

Эти данные свидетельствуют о наличии сильных температурных контрастов в каменистой мантии непосредственно над ядром. Под более горячими областями жидкое железо в ядре может застаиваться, а не участвовать в интенсивном потоке, наблюдаемом под более холодными областями. Результаты исследования показывают, что сильные контрасты в пространственной картине температурных градиентов и/или теплопроводности нижней мантии, которые сегодня связаны с сейсмологически наблюдаемыми структурами, влияли на геодинамо, по крайней мере, в течение последних нескольких сотен миллионов лет. Выявленные палеомагнитные признаки предоставляют ученым новые возможности для определения свойств и временной эволюции границы ядро-мантия. 

Получение таких данных о глубинных слоях Земли в очень больших временных масштабах укрепляет аргументы в пользу использования записей древнего магнитного поля для понимания как динамической эволюции глубинных слоев Земли, так и ее более стабильных свойств.

Эти результаты также имеют важное значение для вопросов, касающихся древних континентальных конфигураций, таких как формирование и распад Пангеи, и могут помочь разрешить давние неопределенности в области древнего климата, палеобиологии и формирования природных ресурсов.

Ранее предполагалось, что магнитное поле Земли ведет себя как идеальный стержневой магнит, выровненный по оси вращения планеты. Выводы показывают, что это может быть не совсем так. Для детального изучения механизма, посредством которого сильная термическая неоднородность влияет на структуру и стабильность моделирования геодинамо, необходимы специальные исследования.