© Depositphotos.com / Rost9
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИЧитать inosmi.ru вПо какой же причине и каким образом в древние времена у Земли появилось внутреннее ядро? Это одна из многих давних загадок, касающихся внутреннего ядра Земли — геосферы, которая находится на глубине пяти тысяч километров и по размерам сопоставима с планетой Плутон.
Ученые стремятся разгадать тайну так называемого внутреннего ядра Земли и понять, каким же образом оно могло защитить жизнь на нашей планете.
Магнитное поле Земли возникло почти в те же самые времена, что и сама Земля. Оно защищает жизнь на нашей планете от губительного космического излучения. Однако недавно сделанное открытие показало: 565 миллионов лет назад магнитному полю Земли не была присуща регулярность; к тому же, его напряженность даже резко понижалась до 10% от современного уровня. Но затем, чудесным образом, всего за несколько десятков миллионов лет, напряженность магнитного поля восстановилась — и это произошло прямо-таки вовремя, ведь на том историческом этапе, известном как «кембрийский взрыв», внезапно возникла сложная многоклеточная жизнь.Что же могло послужить причиной столь быстрого восстановления напряженности магнитного поля? Ученые все чаще называют следующую причину: появление у Земли внутреннего ядра, т.е. геосферы из твердого железа, которая находится внутри расплавленного внешнего ядра, где бурлящий металл генерирует магнитное поле планеты. Как только появилось внутреннее ядро (а это произошло, возможно, через 4 миллиарда лет после рождения самой Земли), его древовидный рост, благодаря которому происходило поднятие поверхности на несколько миллиметров в год, привел к ускоренным процессам во внешнем ядре. Всё это оказывало влияние на неустойчивое магнитное поле планеты, которое формировало тем самым защитный барьер, призванный оберегать жизнь на Земле. «Внутреннее ядро регенерировало магнитное поле Земли в самый поистине драматический момент эволюции, — поясняет геофизик Джон Тардуно (John Tarduno) из Рочестерского университета. – А что было бы, если бы оно не сформировалось?»По какой же причине и каким образом в те древние времена у Земли появилось внутреннее ядро? Это одна из многих давних загадок, касающихся внутреннего ядра Земли – т.е. геосферы, которая находится на глубине пяти тысяч километров и по размерам сопоставима с планетой Плутон. «Внутреннее ядро — это планета внутри планеты.
У нее есть свой ландшафт, собственная скорость вращения, собственная структура. Оно сокрыто глубоко под землей. И все же, до сих пор не получены ответы на некоторые фундаментальные вопросы, связанные с ним», — поясняет сейсмолог Хрвое Ткалчич (Hrvoje Tkalčić) из Австралийского национального университета (АНУ).Однако ученые уже постепенно начинают на эти вопросы находить ответы. Анализируя сейсмические волны, которые возникают в результате землетрясений или ядерных испытаний, а затем проникают во внутреннее ядро Земли или же отражаются от него, сейсмологи обнаружили, что внутреннее ядро вращается независимо от остальных геологических слоев нашей планеты. С помощью компьютерных средств ученым удалось создать модель структуры железного расплава, сжатого верхними слоями планеты, и его странное поведение. И теперь экспериментаторы близки к тому, чтобы подтвердить некоторые из своих теоретических выводов – а для этого им потребуется воссоздать в лабораторных условиях экстремальные температуры и давление, характерные для внутреннего ядра.
Геофизик Арвен Деусс (Arwen Deuss) из Утрехтского университета уже вся в предвкушении этих экспериментов, поскольку нынешняя научная атмосфера, связанная с изучением тайн Земли, чем-то напоминает 1960-е годы, когда ученые обнаружили спрединг морского дна [спрединг – процесс раздвигания литосферных плит под действием нагнетаемой снизу магмы в области разломов срединно-океанических хребтов – прим.перев.] и уже находились на пороге открытия тектоники плит, т.е. теории, объясняющей изменения, которые происходят на поверхности Земли.
«Вот и теперь у нас тоже имеются все необходимые данные наблюдений», — говорит Деусс. Осталось только объединить их воедино.В древности люди думали, что центр Земли – полый; в нем находится жилище Аида, горит адский пламень, или же проходит множество каналов, нагревающих океанские воды. В более поздние времена, после ошибочных оценок плотности Луны и Земли, полученных Исааком Ньютоном, Эдмунд Галлей в 1686 году высказал мнение, что Земля представляет собой несколько вложенных друг в друга оболочек, которые окружают вращающуюся сферу, благодаря чему и возникает магнитное поле, которое регистрируется вокруг земной поверхности.Разобраться в этом явлении нам помогут основные принципы формирования планет. Вполне вероятно, что около 4,5 миллиардов лет назад Земля появилась в результате столкновений многих астероидоподобных «планетезималей» [планетезималь – это небесное тело, вращающееся на орбите вокруг протозвезды; оно образуется в результате постепенного приращения более мелких тел, состоящих из частиц пыли протопланетного диска, – прим.перев.].
Железо, которое было в планетезималях, благодаря своей тяжести, погрузилось в ядро расплавленной Протоземли, а более легкие силикатные породы поднялись, будто кусочки масла на воде, сформировав мантию. При температурах в несколько тысяч градусов и давлении в миллионы атмосфер ядро так и осталось бы расплавленным – даже тогда, когда земная мантия и кора охлаждались и затвердевали.В начале 20-х годов сейсмологи подтвердили данную точку зрения с помощью важного довода – наличие так называемой «зоны тени». Здесь имеется в виду следующее: когда происходит землетрясение, из района геологического разлома начинают излучаться продольные волны (P-волны), которые распространяются во всех направлениях. А затем возникают вторичные, или поперечные, волны (S-волны). Во время мощных землетрясений сейсмологи регистрировали на противоположной стороне земного шара P-волны после того, как они изгибались в результате прохождения через внутренние слои Земли. Однако странно, что при этом S-волны отсутствовали – такая ситуация могла бы иметь место только в том случае, если предположить, что железное ядро пребывает в жидком состоянии, ведь у жидкости отсутствует жесткость, позволяющая S-волнам сквозь них проходить.И только в начале 1930-х годов датский сейсмолог-новатор Инге Леманн (Inge Lehmann) зафиксировала еще один вид Р-волн и показала, что ядро Земли не является полностью жидким. Найденные Леманн волны распространялись под углами, что было бы возможно только в том случае, если бы они отражались от чего-то плотного. К 1936 году Леманн пришла к выводу о том, что у Земли существует твердое внутреннее ядро, диаметр которого, как было установлено впоследствии, составляет около 2440 километров – прямо-таки самая настоящая малая планета внутри большой планеты.
А теперь перенесемся на Южные Сандвичевы острова. Они представляют собой неприглядные вулканические скалы, расположенные в далекой южной части Атлантического океана. Южные Сандвичевы острова являются, если можно так сказать, фабрикой землетрясений – и всё благодаря близлежащей зоне субдукции Южноамериканской тектонической плиты. Сейсмологи облюбовали эти острова из-за их месторасположения: всё дело в том, что сейсмические волны, возникающие в результате землетрясений и распространяющиеся от Южных Сандвичевых островов к одинокой сейсмической станции на Аляске, проходят сквозь внутреннее ядро Земли.Почти тридцать лет назад сейсмологи Сяодун Сун (Xiaodong Song) и Пол Ричардс (Paul Richards) из Колумбийского университета решили воспользоваться этими волнами, чтобы исследовать вращение внутреннего ядра Земли, которое, словно тело, подвешенное в жидкости, вовсе не обязано вращаться синхронно с остальной планетой. Просматривая базу данных, обобщающих все предыдущие сейсмограммы, оба ученых пытались отыскать небольшие отклонения при прохождении P-волн, которые возникали во время нескольких десятков землетрясений в районе Южных Сандвичевых островов на протяжении нескольких десятилетий. Как и ожидалось, время их прохождения через внешнее ядро и мантию Земли оставалось постоянным. Однако с каждым годом наблюдений Р-волны, проходившие сквозь внутреннее ядро, немного ускорялись. «Увеличение скорости было небольшим, но его можно было зафиксировать», — поясняет Сяодун Сун.
У Суна и Ричардса нашлось только одно объяснение этому загадочному явлению: внутреннее ядро Земли вращается со скоростью, которая примерно на 1° в год превышает скорость вращения остальной части планеты. Благодаря этому сверхвращению, траектории сейсмических волн во внутреннем ядре Земли стали постепенно соосными с земной осью «север-юг», что, как известно, увеличивает скорость продольных волн. Как утверждалось в статье, опубликованной в журнале Nature в 1996 году, каждые 400 лет внутреннее ядро Земли совершало еще один дополнительный оборот внутри нашей планеты.Этот результат был подтвержден несколько лет спустя сейсмологом Джоном Видейлом (John Vidale) из Университета Южной Калифорнии; правда, он использовал другой метод. Видейл специализируется на сейсмограммах, полученных с помощью Большой апертурной сейсмической решетки (LASA). В этом объекте ВВС США в штате Монтане, закрытом в 1978 году, было установлено более 500 датчиков, помещенных в глубокие скважины, для отслеживания испытаний атомных зарядов. «Эти данные по-прежнему наиболее качественные. На сегодняшний день они превосходят все другие массивы данных», — утверждает Видейл. Сейсмические волны, возникающие в результате ядерных испытаний, были идеальны, поскольку, в отличие от землетрясений, их эпицентр определяется очень точно.Видейл отследил сейсмические волны, возникшие в ходе двух подземных ядерных взрывов, которые произвел Советский Союз в 1971 и 1974 годах на далеком арктическом архипелаге Новая Земля.
Вместо того чтобы искать сейсмические волны, которые проходили через внутреннее ядро, как это делали Сун и Ричардс, Джон Видейл выбрал волны, которые от него отражались, при этом он регистрировал вращение ядра, словно лучом радара. «Нам удалось наблюдать, как одна сторона внутреннего ядра Земли становится ближе, а другая — отдаляется», — говорит Видейл.Ученый обнаружил, что за три года в промежутке между подземными ядерными испытаниями внутреннее ядро вращалось на 0,15° в год быстрее, чем остальные геологические слои планеты (результат Видейла оказался намного меньшим, чем первоначальная гипотетическая оценка, предложенная Суном). Однако впоследствии результаты, представленные в работа, которую Сун провел в 2005 году, совпали со скорректированной оценкой Видейла (в этой работе использовались сейсмоданные по восемнадцати парам землетрясений, возникавших в районе Южных Сандвичевых островов; эти землетрясения повторялись в одном и том же месте на протяжении десятилетий).Открытие сверхвращения внутреннего ядра Земли произвело сильное впечатление на многих геофизиков, ведь, до этого считалось, что оно вращается с той же скоростью, что и мантия. Более того, это открытие пробудило у ученых новые надежды, поскольку вращение внутреннего ядра Земли вполне могло бы стать ключом к ответу на следующие вопросы: каким образом внутреннее ядро нашей планеты соединяется с внешним ядром, и какую роль оно играет в формировании магнитного поля, возникающего вследствие динамо-эффекта? Некоторые специалисты полагали, что сверхвращение внутреннего ядра даже поможет объяснить, почему магнитные полюса Земли время от времени перемещаются и меняются местами.Не успели ученые открыть вращение внутреннего ядра Земли, как им пришлось убедиться в том, что реальная картина на самом деле сложнее и загадочнее. «Наши представления, которых мы придерживались лет десять назад, уже не соответствуют реальности», — утверждает Джон Видейл.
А совсем недавно Сяодун Сун, который в настоящее время учится в Пекинском университете, решил вернуться к своей работе о вращении внутреннего ядра. Коллега Суна, научный сотрудник И Ян (Yi Yang), составил самую обширную на сегодняшний день базу данных, которая охватывает информацию о повторяющихся землетрясениях. В этой базе данных отображены эпицентры не только на Южных Сандвичевых островах, но и в таких странах как Чили и Казахстан. Проанализировав информацию по более, чем 500 парам источник-детектор (здесь подразумеваются различные траектории, проходящие через внутреннее ядро Земли), Сяодун Сун и И Ян обнаружили, что супервращение внутреннего ядра нашей планеты уже прекратилось лет десять назад, и с тех пор внутреннее ядро вращается с той же скоростью, что и мантия. Как выразился Сун, разница между вращениями «исчезла одномоментно». В конце прошлого года на собрании Американского геофизического союза (AGU) ученый ознакомил своих коллег с полученными результатами.
Тем временем Видейл, воспользовавшись данными LASA, попытался заглянуть еще на несколько лет назад. Он сосредоточил свои усилия на изучении двух землетрясений, вызванных подземными ядерными испытаниями; оба взрыва проводились правительством США в 1969 и 1971 годах в штате Аляска – в районе самой удаленной от материка части Алеутских островов. Эти испытания вызвали в те времена неоднозначную реакцию со стороны общественности; второй взрыв под кодовым названием Cannikin мощностью пять мегатонн стал крупнейшим из всех подземных ядерных взрывов за всю историю США. Противодействие этому ядерному испытанию оказали экологи, которые даже специально зафрахтовали рыболовное судно, назвав его «Гринпис», и в знак протеста отправились на нем к острову, где проводился взрыв. Противники ядерных испытаний обратились в Верховный суд США, но испытание все равно состоялось: несмотря на тот факт, что взрыв проводился на глубине 1800 метров, на поверхности острова образовалось кратерное озеро.К этим двум взрывам интерес пробудился в прошлом году на собрании AGU. Джон Видейл заявил, что ударные волны, возникшие в результате подземных испытаний, говорят не о супервращении, а субвращении: в период между теми двумя ядерными испытаниями на территории США внутреннее ядро Земли по сравнению с остальной частью планеты вращалось медленнее примерно на 0,05° в год.
Однако ко времени советских испытаний внутреннее ядро каким-то образом изменило свое направление вращения и ускорилось. «Наблюдения действительно потрясающие», — утверждает сейсмолог Барбара Романович (Barbara Romanowicz) из Калифорнийского университета в Беркли.С точки зрения Видейла, изменение вращения от медленного к быстрому, зафиксированное в период с 1969 по 1974 год, вполне может указывать на некую фундаментальную периодичность вращения внутреннего ядра Земли. На протяжении десятилетий радиоастрономы отслеживали мельчайшие изменения вращения поверхности Земли (длительность суток) относительно космической системы отсчета: неподвижных космических маяков в глубинах космоса, называемых квазарами. По большей части дрожание земной поверхности, фиксировавшееся в течение года, было вызвано такими явлениями, как ураганы и землетрясения. Тем не менее, появилось пусть и совсем небольшое, но регулярное колебание длины суток в рамках шестилетнего цикла. «Никто не может сказать, чем оно вызвано, — говорит геодезист Бенджамин Чао (Benjamin Chao) из Academia Sinica(Тайвань). – Но все склоняются к тому, что причиной этого феномена является внутреннее ядро».По словам Чао, одним из возможных объяснений шестилетнего цикла колебаний является гравитационное взаимодействие между мантией и внутренним ядром. Вполне возможно, что внутреннее ядро Земли характеризуется бугристой поверхностью, на которой имеются холмы высотой в сотни метров, а на дне мантии сейсмологи обнаружили два сверхплотных образования размером с континент. По словам Чао, усилие, создаваемое этими образованиями на холмах, вполне способны стать причиной слабого взаимовлияния между мантией и внутренним ядром, — вполне достаточного для того, чтобы попеременно «тянуть то туда, то сюда внутреннее ядро» на стадиях сверхвращения и субвращения.Однако, по мнению Суна, имеет место всего лишь замедление, а какие-либо признаки цикличности отсутствуют. Сун объясняет свою точку зрения наличием более долгосрочной тенденции, наблюдаемой в продолжительности дня, когда, начиная с 1970-х годов, вращение планеты стало ускоряться, прежде чем замедлиться в начале 2000-х. Сун полагает, что гравитационные силы мантии вполне могли потянуть за собой внутреннее ядро, правда с некоторым временным лагом.Поскольку ни один из выводов, сделанных учеными, еще не опубликован, трудно сказать, как они согласуются друг с другом. «Все ли правы? Или все ошиблись?» — задается вопросом Барбара Романович.
В любом случае, по словам сейсмолога Миаки Исии (Miaki Ishii) из Гарвардского университета, переменное вращение кажется более правдоподобным, чем постоянное сверхвращение. «Такой вывод более логичен, нежели то, что мы сейчас имеем», – говорит ученый.Внутреннее ядро — это, если можно так сказать, самое металлическое место на Земле; оно даже более металлическое, чем внешнее ядро. Оба состоят в основном из железа и небольшого количества никеля. Но считается, что железо также содержит следы более легких элементов, таких как кислород, углерод и кремний. Если на растущей поверхности внутреннего ядра идет кристаллизация железа, то происходит процесс вытеснения из него других элементов, и в результате остается почти одно чистое железо; этот процесс напоминает замерзание льда: лед, образующийся в ведре соленой воды, вытесняет соль и становится в значительной степени более пресным.
Вытесненные химические элементы (более легкие, чем железо) поднимаются, прорываясь в окружающую жидкую среду, обуславливая тем самым до 80% конвективных потоков, порождающих магнитное поле Земли.Свойства железа, оставшегося во внутреннем ядре нашей планеты, пока что остаются предметом дискуссий. Как известно, в обычных условиях расположение атомов железа (например, в чугунной сковородке) представляют собой кубическую решетку. Однако, если крошечные кусочки железа положить между двумя алмазными поверхностями и сжать, как это делают в лаборатории, то они будут испытывать такое же давление, которое характерно для внутреннего ядра; в этом случае атомы образуют гексагональную решетку. Однако по словам специалиста в области физики минералов Лидунки Вочадло (Lidunka Vočadlo) из Университетского колледжа Лондона, трудно установить, что же произойдет, если железо очень сильно сжать и одновременно нагреть до нескольких тысяч градусов. Подобные условия трудно воссоздать в лаборатории, поскольку при нагревании углерод, содержащийся в алмазах, зачастую загрязняет железо. Совсем другое дело – компьютерная модель, говорит Вочадло, ведь в ней «никаких ограничений для давления и температуры нет».Моделирование, проведенное Вочадло и ее коллегами, показало, что в условиях внутреннего ядра Земли гексагональная решетка является наиболее стабильным расположением атомов железа. Кроме того, как показала модель, чистое железо становится мягким, когда его температура составляет 98% от температуры плавления, что и происходит в большей части внутреннего ядра. Это так называемый «эффект предплавления». Он может пролить свет на причины, по которым S-волны распространяются в предположительно твердом внутреннем ядре Земли намного медленнее, чем ожидалось.
Однако вопрос, касающийся кубической кристаллической решетки железа, еще полностью не решен. Ученые предположили, что железо не может затвердеть, образовав гексагональную решетку, до тех пор, пока его температура не будет почти на 1000 К холоднее, чем температура внутреннего ядра; здесь напрашивается аналогия со льдом: прежде чем появится лед, температура воды должна упасть ниже точки замерзания. Исследование, моделирующее процессы на атомном уровне, опубликованное в начале этого года группой ученых под руководством специалиста в области физики минералов Ян Суна (Yang Sun) из Колумбийского университета, предлагает следующее объяснение: железо, сраставшееся с внутренним ядром, сначала образовало при кристаллизации кубическую кристаллическую решетку, а потом перешло в конечное состояние, образовав гексагональную решетку.Дискуссия о кубической и гексагональной решетках кому-то, наверное, покажется слишком специализированной. Однако именно форма решетки обуславливает форму кристаллов железа, процентное содержание никеля и других легких элементов в железе, количество тепла, выделяемого при кристаллизации, и даже его температуру плавления. «Основные свойства железа меняются в зависимости от того, в каком фазовом состоянии этот металл находится», — говорит Лидунка Вочадло.Прояснить данный вопрос помогут дальнейшие лабораторные исследования. Правда, за многие годы какого-то значительного прогресса достигнуто так и не было. Однако в настоящий момент ученые уже подступаются к воссозданию физических условий, характерных для ядра Земли, и наблюдению за процессами, которые при этом протекают. Один из подходов заключается в том, чтобы, как это делалось раньше, сжимать и нагревать железо в камерах высокого давления с алмазными наковальнями; при этом ученым необходимо каким-то образом быстро сфотографировать структуру железа, прежде чем произойдет ее загрязнение углеродом. Новые мощные источники рентгеновского излучения, такие как Исключительно яркий источник (Extremely Brilliant Source, EBS) в Европейском центре синхротронного излучения (European Synchrotron Radiation Facility, ESRF), запущенный в 2020 году, вполне способен делать такие фотографии с использованием импульсного фотоосветителя.Второй подход заключается в использовании массивных лазеров Национального центра лазерных термоядерных реакций (NIF) при Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (LLNL). Обычно, с помощью этих лазеров производят облучение топливных таблеток с изотопами водорода для того, чтобы запустить крошечные термоядерные реакции.
Вместо этого, как сообщается в одной из научных статей, опубликованных ранее в нынешнем году, ученые NIF стали облучать железо, нагревая его и подвергая давлению до уровней, намного превышающих те, что наблюдаются в ядре Земли. По словам научного сотрудника LLNL Ричарда Крауса (Richard Kraus), руководившего этим экспериментом, каждый раз форма кристаллической решетки, отображенной на рентгеновских снимках в ходе анализа, оказывалась одной и той же — как у гексагонального железа.Третий подход, использованный при моделировании в лабораторных условиях внутреннего ядра Земли, включает в себя эксперименты с ударными волнами. Это направление разрабатывал специалист в области физики минералов Юнг-Фу Лин (Jung-Fu Lin) из Техасского университета в Остине вместе с учеными из Китая. В экспериментах Лина и его коллег, производились выстрелы по железной мишени специальным снарядом, скорость которого в десять раз превышала скорость пули; в результате создавались температура и давление, аналогичные тем, которые характерны для внутреннего ядра Земли.
Ученые уже заметили некоторые признаки, свидетельствующие о том, что в этом эксперименте возникает «эффект предплавления», обнаруженный ранее Лидункой Вочадло и предсказанный другими исследователями. Если полученные выводы подтвердятся, то ученые сделают следующий вывод: оказывается, «твердое» внутреннее ядро Земли не столь уж и твердое. «Оно напоминает смузи, — говорит Юнг-Фу Лин. – Очень мягкий смузи.»Если внутреннее ядро Земли — это тайна, то внутренний слой внутреннего ядра — это загадка, окутанная тайной. С 1980-х годов сейсмологам было известно, что сейсмические волны быстрее всего проходят через внутреннее ядро вдоль оси север-юг; вполне возможно, это происходит по той причине, что кристаллы железа, как предполагается, имеют общую ориентацию вдоль преобладающего направления магнитного поля Земли. Однако в 2002 году Миаки Исии и Эдам Дзевонски (Adam Dziewoński) из Гарвардского университета обнаружили, что в сферической области диаметром примерно 600 километров эта скоростная ось наклонена на 45°. По словам Исии, указанная аномалия может являться отголоском магнитного поля, существовавшего когда-то в древности, или же представлять собой железное ядро, в котором атомы железа образуют не гексагональную, а кубическую кристаллическую решетку. Как бы там ни было, поясняет Исии, «в центре Земли идёт какой-то особенный процесс».На основе этих косвенных свидетельств ученые собираются сделать более строгие обобщения. За последнее десятилетие в Антарктиде были установлены высокочувствительные сейсмометры, способные более эффективно улавливать сейсмические волны, которые проходят через скоростные участки внутреннего ядра Земли, ориентированные вдоль направления «север-юг». Более мощная разрешающая способность сейсмометров позволяет нам получить более качественное представление об этих и многих других сейсмических волнах, возникающих в разных регионах земного шара. Благодаря этому, Арвен Деусс из Утрехтского университета и её аспирант Генри Бретт (Henry Brett) с помощью суперкомпьютерных технологий создали модель первого трехмерного изображения внутреннего ядра Земли — это своего рода компьютерная томография.
Полученные результаты, которые скоро будут опубликованы в отдельной статье, подтверждают сам факт существования внутреннего ядра Земли; вместе с тем, эти результаты свидетельствуют о том, что внутреннее ядро немного смещено от центра нашей планеты. В работе также говорится о разнице скоростей прохождения на скоростных участках в западном и восточном полушариях внутреннего ядра Земли. Данный факт говорит о том, что ситуация с быстрыми участками гораздо более сложная, чем с простыми кристаллами железа, ориентированными по линиям магнитного поля, имеющего более равномерную напряженность. И это пока что только начало; всё это чем-то напоминает ситуацию 1980-х годов, когда встал вопрос об изображениях земной мантии. Но Генри Бретт утверждает, что скоро будут созданы более подробные математические модели, «и у нас появится возможность задавать более интересные вопросы».
Вся эта сложная картина возникла по геологическим меркам совсем недавно. Ученые даже заявили, что зарождение внутреннего ядра Земли происходило одновременно с рождением нашей планеты. Однако десять лет назад исследователи смоделировали процессы, происходящие во внутреннем ядре (эксперименты проводились в камере высокого давления с алмазными наковальнями) и обнаружили, что железо проводит тепло как минимум в два раза быстрее, чем считалось ранее. Поскольку охлаждение ведет к увеличению внутреннего ядра Земли, то быстрая потеря тепла с учетом нынешних размеров внутреннего ядра означает, что оно, скорее всего, сформировалось не ранее одного миллиарда лет назад – а, может быть, это произошло, скорее всего, даже позже.
«Мы никак не можем игнорировать сам факт наличия внутреннего ядра, установленный относительно недавно», — говорит специалист в области геодинамики Брюс Баффет (Bruce Buffett) из Калифорнийского университета в Беркли.Джон Тардуно пришел к следующему выводу: вполне возможно, что в древних геологических породах сохранились следы тех радикальных изменений магнитного поля Земли, которые, как предполагается, происходили в процессе формирования внутреннего ядра нашей планеты. До недавнего времени данные палеомагнитных исследований, охватывающих временной интервал от 600 миллионов до 1 миллиарда лет назад, были, в общем-то, скудны. По этой причине Тардуно отправился на поиски пород подходящего возраста, содержащих крошечные, игольчатой формы кристаллы минерала титаномагнетита, которые во время кристаллизации фиксируют напряженность магнитного поля.
И вот, в вулканической породе возрастом 565 миллионов лет, найденной на северном берегу реки Святого Лаврентия в провинции Квебек, команда ученых под руководством Тардуно обнаружила кристаллы титаномагнетита, а вместе с ними – убедительные доказательства того, что напряженность магнитного поля в те древние времена составляла одну десятую от сегодняшнего уровня. Об этом результате ученые сообщили в 2019 году. Тот факт, что в те времена магнитное поле оставалось слабым, был подтвержден в многочисленных работах, проведенных другими исследователями.По словам специалиста по геодинамике Питера Дрисколла (Peter Driscoll) из Института науки им. Э. Карнеги, вполне вероятно, что слабое магнитное поле, являлось признаком того, что в результате быстрой потери тепла внешним ядром происходило ослабление конвекционных потоков, которые это магнитное поле создавали.
«Вполне вероятно, что динамо-эффект был близок к затуханию», — добавляет Дрисколл. И если бы магнитное поле у Земли не появилось, то зарождающаяся на нашей планете жизнь, которую по большому счету можно было обнаружить в те древние геологические времена лишь в океане в виде микробов и протомедуз, подверглась бы гораздо большей дозе солнечной радиации, возникавшей в результате солнечных вспышек. А в тот момент, по словам Тардуно, в земной атмосфере как раз происходило увеличение концентрации кислорода. Понятно, что повышенная радиация по большому счету запросто могла бы кислород ионизировать. И в конечном итоге, кислород стал бы «утекать» в космическое пространство; тем самым произошло бы истощение запасов кислорода – столь драгоценного источника жизни, причём, вероятность уменьшения запасов кислорода «стала бы только увеличиваться».Но всё же, через тридцать миллионов лет чаша весов склонилась в пользу жизни. Команда ученых под руководством Джона Тардуно отправилась на карьеры в горы Уичито, штат Оклахома, где велась выемка грунта при строительстве дорог. Ученым удалось найти вулканические породы возрастом 532 миллиона лет. На заседании AGU команда Тардуно сообщила о следующих результатах своей работы: ученые проанализировали напряженность магнитного поля, которое словно застыло в крошечных магнитных иголках добытой породы, и в итоге удалось установить, что его напряженность подскочила уже до 70% от нынешнего уровня. «Наконец-то мы этот факт установили», — говорит Тардуно.
Он полагает, что скачок напряженности магнитного поля Земли обусловлен ростом внутреннего ядра нашей планеты; данный процесс, по словам ученого, как раз и является «тем истинным признаком, который свидетельствует о зарождении внутреннего ядра Земли».Примерно в ту же самую геологическую эпоху произошли радикальные изменения, оказавшие влияние на различные формы жизни, населявшие нашу планету, – именно в те времена произошел так называемый «кембрийский взрыв», т.е. стремительное увеличение количества разнообразных форм жизни, в результате чего появилось множество самых разных групп животных. И всё это в конечном итоге привело к появлению первых наземных животных – предков двупарноногих многоножек – которые около 425 миллионов лет назад отважились выйти на сушу.И вполне возможно, что благоприятные для возникновения жизни условия во многом возникли благодаря той железной планете, которая сокрыта от наших глаз в земных недрах на глубине пяти тысяч километров.
Планета, скрытая в глубинах Земли | 15.05.2022, ИноСМИ (inosmi.ru)
