Как Земята успя да избегне съдбата на Марс?

На около 3000 км под краката ни течното желязо във външното ядро на Земята генерира защитното магнитно поле на планетата. Това магнитно поле е невидимо, но е жизненоважно за живота на повърхността на Земята, тъй като предпазва планетата от слънчевия вятър - потоците радиация от Слънцето.

Преди около 565 млн. години обаче силата на магнитното поле е намаляла до 10 % от днешната му сила. След това по загадъчен начин магнитното поле се възстановява и възвръща силата си точно преди камбрийския взрив на многоклетъчния живот на Земята.

Какво е причинило възстановяването на магнитното поле?

Според нови изследвания на учени от Университета в Рочестър това обновяване се е случило в рамките на няколко десетки милиона години - твърде бързо в геоложки мащаб - и е съвпаднало с формирането на твърдото вътрешно ядро на Земята, което предполага, че ядрото вероятно е пряка причина за това.

"Вътрешното ядро е изключително важно", обяснява Джон Тардуно (John Tarduno), професор по геофизика в катедрата по науки за Земята и околната среда и декан по научните изследвания за изкуствата, науките и инженерството в Рочестър. "Точно преди вътрешното ядро да започне да расте, магнитното поле е било в момент на колапс, но веднага щом вътрешното ядро е започнало да расте, полето се е възстановило."

В статията, публикувана в Nature Communications, изследователите определят няколко ключови момента от историята на вътрешното ядро, включително по-точна оценка на неговата възраст. Изследването дава сведения за историята и бъдещата еволюция на Земята и как тя се е превърнала в обитаема планета, както и за еволюцията на други планети в Слънчевата система.

Разкриване на информация в древните скали

Земята е съставена от слоеве: земна кора, в която се намира животът; мантия - най-дебелият слой на Земята; разтопено външно ядро; и твърдо вътрешно ядро, което на свой ред се състои от най-външно вътрешно ядро и най-вътрешно вътрешно ядро.

^{Съвременен поглед за границите на земната кора, мантията и ядрото и техните физически свойства.}

Магнитното поле на Земята се генерира във външното ѝ ядро, където завихрящото се течно желязо предизвиква електрически токове, задвижвайки явление, наречено геодинамо, което създава магнитното поле.

От десетилетия учените се опитват да определят как магнитното поле и ядрото на Земята са се променяли през историята на нашата планета. Те не могат да измерят директно магнитното поле поради местоположението и екстремните температури на материалите в ядрото. За щастие минералите, които се издигат на повърхността на Земята, съдържат миниатюрни магнитни частици, които фиксират посоката и интензитета на магнитното поле в момента, в който минералите са се охладили от разтопеното си състояние.

За да определят по-добре възрастта и развитието на вътрешното ядро, Тардуно и екипът му използват CO₂ лазер и магнитометър със свръхпроводящо квантово интерференчно устройство (SQUID) в лабораторията си, за да анализират фелдшпатови кристали от скалата анортозит. Тези кристали имат малки магнитни иглички в себе си, които са "перфектни магнитни записващи устройства", разказва Тардуно.

_{Анортозит - магматична скала. която се образува чрез охлаждане и кристализация на горещи, разтопени скали (магма и лава). Използваните в изследването анортозити са от раннокамбрийски слоеве. Анортозитите са предимно от плагиоклазен фелдшпат с минимални количества от минералите пироксен, илменит, магнетит и оливин. Анортозит е открит на Луната по време на мисията на Аполо 15. Кредит: James St. John (CC BY 2.0)}

Чрез изучаване на магнетизма, заключен в древните кристали - област, известна като палеомагнетизъм - изследователите определят два нови важни момента от историята на вътрешното ядро:

Преди 550 милиона години: времето, когато магнитното поле започва бързо да се обновява след почти пълен колапс 15 милиона години преди това. Изследователите обясняват бързото обновяване на магнитното поле с образуването на твърдо вътрешно ядро, което е заредило разтопеното външно ядро и е възстановило силата на магнитното поле.
Преди 450 милиона години: времето, в което структурата на нарастващото вътрешно ядро се променя, отбелязвайки границата между най-вътрешното и най-външното вътрешно ядро. Тези промени във вътрешното ядро съвпадат с промени по същото време в структурата на лежащата върху него мантия, дължащи се на тектониката на плочите на повърхността.

"Тъй като ограничихме възрастта на вътрешното ядро по-точно, успяхме да изследваме факта, че днешното вътрешно ядро всъщност се състои от две части", обяснява Тардуно. "Тектоничните движения на плочите на повърхността на Земята косвено са повлияли на вътрешното ядро, а историята на тези движения е отпечатана дълбоко в Земята в структурата на вътрешното ядро."

Да избегнем съдбата на Марс

По-доброто разбиране на динамиката и растежа на вътрешното ядро и магнитното поле има важни последици не само за разкриване на миналото на Земята и прогнозиране на нейното бъдеще, но и за разкриване на начините, по които други планети могат да формират магнитни щитове и да поддържат условията, необходими за съществуването на живот.

Изследователите смятат, че Марс, например, някога е имал магнитно поле, но то се е разсеяло, оставяйки планетата уязвима за слънчевия вятър, а повърхността ѝ - без океани. Макар да не е ясно дали липсата на магнитно поле би довела до същата съдба на Земята, "Земята със сигурност би загубила много повече вода, ако магнитното ѝ поле не се беше възстановило", отбелязва Тардуно. "Планетата щеше да бъде много по-суха и много по-различна от днешната".

Справка: Tinghong Zhou et al, Early Cambrian renewal of the geodynamo and the origin of inner core structure, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31677-7

Източник: How did Earth avoid a Mars-like fate? Ancient rocks hold clues
Lindsey Valich, University of Rochester

Още по темата

26/05/2022

Земята

Открити са магнитни вълни, които обикалят около земното ядро

23/11/2021

Космос

Смел план за тераформиране на Марс с изкуствено магнитно поле

29/10/2021

Земята

„Нов скрит свят“ е открит във вътрешното ядро ​​на Земята

22/10/2021

Земята

Цялата земна кора се е похлъзнала на течното ядро преди 84 милиона години