Досягти найглибших частин Землі набагато складніше, ніж подорожувати космосом. Люди подолали приблизно 25 мільярдів км за межі нашої планети, проте буріння під поверхнею Землі досягло глибини трохи більше 12 км. Це надзвичайне обмеження означає, що вчені досі відносно мало знають про те, що лежить глибоко під земною корою.
Ця прогалина в знаннях особливо важлива поблизу межі між мантією та ядром. Цей регіон являє собою найважливішу внутрішню межу в межах Землі та зараз є предметом нових досліджень, які розкривають несподівану магнітну поведінку.
Гігантські гарячі кам’яні структури під Африкою та Тихим океаном
У дослідженні, опублікованому в Nature Geoscience, дослідницька група під керівництвом Ліверпульського університету виявила магнітні докази того, що два масивні, інтенсивно гарячі кам’яні утворення біля основи мантії Землі впливають на рідке зовнішнє ядро під ними. Ці структури розташовані приблизно на 2900 кілометрів нижче Африки та Тихого океану.
Отримані дані свідчать про те, що ці величезні тіла твердої, перегрітої породи, оточені кільцем холоднішого матеріалу від полюса до полюса, відігравали певну роль у формуванні магнітного поля Землі протягом мільйонів років.
Поєднання стародавнього магнетизму з моделями суперкомп’ютерів
Реконструкція стародавніх магнітних полів та моделювання процесів, що їх генерують, є надзвичайно складним завданням. Щоб дослідити ці глибокоземні особливості, вчені поєднали палеомагнітні дані з передовими комп’ютерними симуляціями геодинамо – руху рідкого заліза в зовнішньому ядрі, яке створює магнітне поле Землі подібно до того, як вітрова турбіна генерує електроенергію.
Ці числові моделі дозволили команді відтворити ключові особливості магнітної поведінки Землі протягом останніх 265 мільйонів років. Навіть маючи доступ до суперкомп’ютера, проведення симуляцій у таких величезних часових масштабах вимагає величезних обчислювальних зусиль.
Нерівномірне нагрівання на межі ядра та мантії
Результати показали, що верхня межа зовнішнього ядра не має рівномірної температури. Натомість, вона містить різкі теплові контрасти з локалізованими гарячими зонами, розташованими під кам’янистими структурами розміром з континент.
Аналіз також показав, що деякі компоненти магнітного поля Землі залишалися відносно стабільними протягом сотень мільйонів років, тоді як інші аспекти з часом різко змінилися.
Енді Біггін, професор геомагнетизму Ліверпульського університету, сказав: «Ці результати свідчать про те, що в кам’янистій мантії трохи вище ядра існують сильні температурні контрасти, і що під гарячішими регіонами рідке залізо в ядрі може застоюватися, а не брати участь в енергійному потоці, який спостерігається під холоднішими регіонами.
«Отримання таких даних про глибини Землі на дуже тривалих часових масштабах підсилює аргументи на користь використання записів стародавнього магнітного поля для розуміння як динамічної еволюції глибин Землі, так і її більш стабільних властивостей.
«Ці результати також мають важливі наслідки для питань, що стосуються стародавніх континентальних конфігурацій, таких як формування та розпад Пангеї, і можуть допомогти вирішити давні невизначеності в стародавньому кліматі, палеобіології та формуванні природних ресурси. У цих районах вважалося, що магнітне поле Землі, усереднене протягом тривалих періодів, поводиться як ідеальний стрижневий магніт, вирівняний з віссю обертання планети. Наші висновки показують, що це може бути не зовсім так.”
Дослідницька група та деталі публікації
Дослідження було проведене вченими з дослідницької групи DEEP (Визначення еволюції Землі за допомогою палеомагнетизму) у Школі екологічних наук Ліверпульського університету, які працюють разом з дослідниками з Університету Лідса.
Професор Біггін та його команда зосереджуються на вивченні магнітних сигналів, що збереглися в гірських породах, зібраних з усього світу, щоб реконструювати історію магнітного поля Землі та внутрішню динаміку планети.
DEEP було засновано у 2017 році за фінансування Leverhulme Trust та Ради з дослідження природного середовища (NERC).
