Лавовые потоки раскрывают ключи к разгадке инверсий магнитного поля
Древние лавовые потоки помогают лучше понять, что генерирует и контролирует магнитное поле Земли и что может заставлять его периодически менять направление на противоположное.
Основное магнитное поле, создаваемое турбулентными токами в глубокой массе расплавленного железа внешнего ядра Земли, периодически меняет свою полярность, так что стрелка компаса указывала бы на юг, а не на север. Такие инверсии происходили сотни раз через нерегулярные интервалы на протяжении всей истории планеты — последний раз около 780 000 лет назад, — но ученые все еще пытаются понять, как и почему.
Новое исследование древних вулканических пород, опубликованное в выпуске журнала Science от 26 сентября, показывает, что второй источник магнитного поля может помочь определить, как и будет ли меняться направление основного поля. Этот второй источник, который может находиться в верхних слоях ядра, сразу под каменистой мантией Земли, становится важным, когда основное поле север-юг ослабевает, что и происходит перед инверсией, говорит профессор геологии Университета Висконсин-Мэдисон Брэд Сингер.
Сингер объединился с палеомагнитологом Кеннетом Хоффманом, который исследует инверсии поля более 30 лет, чтобы проанализировать древние лавовые потоки с Таити и из западной Германии для изучения прошлых паттернов магнитного поля Земли. Намагниченность богатых железом минералов в расплавленной лаве ориентируется вдоль преобладающего поля, а затем фиксируется, когда лава остывает и затвердевает.
«Когда лавовые потоки извергаются и остывают в магнитном поле Земли, они приобретают "память" о поле в тот момент времени, — говорит Сингер. — Эту запись в лавовом потоке очень трудно уничтожить. Таким образом, вы получаете запись того, каким было направление палеополя на Земле».
Хоффман (из Калифорнийского политехнического государственного университета в Сан-Луис-Обиспо и Университета Висконсин-Мэдисон) и Сингер сосредоточились на породах, содержащих свидетельства периодов, когда основное поле север-юг ослабевало, что является одним из признаков возможной смены полярности. Тщательно определив возраст этих лавовых потоков, они смогли картировать поле в верхних слоях ядра во время нескольких «попыток инверсии», когда основное поле ослабевало в течение последнего миллиона лет.
В эти периоды ослабления основного поля проявляются «виртуальные полюсы» — области сильного магнетизма в поле верхних слоев ядра. Например, как говорит Сингер: «Если бы вы были на Таити во время тех извержений, ваша стрелка компаса указывала бы не на Северный полюс и не на Южный, а на Австралию».
Ученые полагают, что поле верхних слоев ядра может играть роль в определении того, перевернется ли полярность основного поля, пока оно ослаблено, или же оно восстановит свою силу без инверсии. «Картирование этого поля во время переходных состояний может стать ключом к пониманию того, что происходит в ядре Земли, когда поле ослабевает до точки, где оно действительно может измениться», — говорит Хоффман.
По его словам, текущие данные свидетельствуют о том, что мы приближаемся к одному из таких переходных состояний, поскольку основное магнитное поле относительно слабо и быстро уменьшается. Хотя последняя смена полярности произошла несколько сотен тысяч лет назад, следующая может наступить уже через несколько тысяч лет.
«Сейчас исторические записи показывают, что сила магнитного поля очень быстро снижается. По приблизительным подсчетам, через 1500 лет поле будет таким же слабым, как когда-либо, и мы можем войти в состояние смены полярности, — говорит Сингер. — Одна из наших общих исследовательских целей — обеспечить некоторую прогностическую способность того, что может произойти и каковы могут быть признаки следующей инверсии».