Как Земля избежала марсианской судьбы? Древние скалы несут подсказки

Примерно в 1800 милях под нашими ногами вращение жидкого железа во внешнем ядре Земли создает защитное магнитное поле нашей планеты. Это магнитное поле невидимо, но жизненно важно для жизни на Земле, потому что оно защищает планету от солнечного ветра — потоков солнечной радиации.

Однако около 565 миллионов лет назад магнитное полеСегодня его сила упала до 10 процентов. Затем таинственным образом поле пришло в норму, восстановив свою силу перед кембрийским взрывом многоклеточной жизни на Земле.

Что вызвало отскок магнитного поля?

Согласно новому исследованию ученых из Университета Рочестера, эта регенерация произошла в течение нескольких десятков миллионов лет — быстро по геологическим масштабам времени — и совпала с формированием твердого внутреннего ядра Земли, что позволяет предположить, что ядро, вероятно, является непосредственной причиной .

«Внутреннее ядро ​​очень важно», — говорит Джон Тардуно, профессор геофизики Департамента наук о Земле и окружающей среде и декан факультета искусств, наук и инженерных исследований в Рочестере. «Непосредственно перед тем, как внутреннее ядро ​​начало расти, магнитное поле было готово разрушиться, но как только внутреннее ядро ​​начало расти, поле возобновилось».

В статье, опубликованной в Связи с природойВ этой статье исследователи определили несколько ключевых дат в истории внутреннего ядра, включая более точную оценку его возраста. Исследование дает представление об истории и будущем развитии Земли и о том, как она стала обитаемой планетой, а также об эволюции других планет Солнечной системы.

Разблокируйте информацию в древних скалах

Земля состоит из слоев: коры, в которой существует жизнь; плащ, самый толстый слой на Земле; Расплавленное внешнее ядро ​​и твердое внутреннее ядро, которое, в свою очередь, состоит из внешнего внутреннего ядра и более глубокого внутреннего ядра.

Магнитное поле Земли создается во внешнем ядре, где оно заставляет вращаться жидкое железо. электрические токиЭто вызывает явление, называемое геодинамо, которое создает магнитное поле.

Из-за связи магнитного поля с ядром Земли ученые десятилетиями пытались определить, как магнитное поле и ядро ​​Земли менялись на протяжении всей истории нашей планеты. Они не могут напрямую измерять магнитное поле из-за расположения и экстремальных температур материалов в сердечнике. К счастью, минералы, которые поднимаются на поверхность Земли, содержат крошечные магнитные частицы, которые фиксируются в направлении и интенсивности магнитного поля по мере того, как минералы остывают из своего расплавленного состояния.

Чтобы лучше ограничить продолжительность жизни и рост внутреннего ядра, Тардуно и его команда использовали углекислый газ.₂ Лазер in vitro и сверхпроводящее устройство квантовой интерференции (СКВИД) для анализа кристаллов полевого шпата из анортозитовых пород. Эти кристаллы имеют крошечные магнитные иглы внутри, которые являются «идеальными магнитными записывающими устройствами», говорит Тардуно.

Изучая магнетизм, заключенный в древних кристаллах, — область, известную как палеомагнетизм, — исследователи определили две важные новые даты в истории внутреннего ядра:

• 550 миллионов лет назад: время, когда магнитное поле начало быстро восстанавливаться после коллапса примерно за 15 миллионов лет до этого. Исследователи связывают быструю регенерацию магнитного поля с образованием прочная внутренняя сталь который перезарядил расплавленное внешнее ядро ​​и восстановил силу магнитного поля.
• 450 миллионов лет назад: время, когда структура растущего внутреннего ядра изменилась, что указывает на границу между внутренним и внешним ядром. Эти изменения во внутреннем ядре совпадают с происходящими примерно в то же время изменениями в структуре верхнего шельфа из-за тектонические плиты на крыше.

«Поскольку мы более точно определили возраст внутреннего ядра, мы можем изучить тот факт, что текущее внутреннее ядро ​​на самом деле состоит из двух частей», — говорит Тардуно. «Движения тектонических плит на поверхности Земли косвенно повлияли на внутреннее ядро, и история этих движений отпечатана глубоко внутри земли в структуре внутреннего ядра».

Избегайте марсианской судьбы

Лучшее понимание динамики и роста внутреннего ядра и магнитного поля имеет важные последствия не только для раскрытия прошлого Земли и предсказания ее будущего, но и для выявления способов, которыми другие планеты могут формировать магнитные экраны и поддерживать условия, необходимые для портовая жизнь.

Исследователи полагают, что Марс, например, когда-то имел магнитное поле, но это поле рассеялось, оставив планету уязвимой для него. Солнечный ветер И поверхность без океанов. Хотя неясно, приведет ли отсутствие магнитного поля к тому, что Землю постигнет та же участь, «Земля наверняка многое потеряет». Вода «Если бы магнитное поле Земли не обновлялось, планета была бы намного суше и отличалась бы от современной», — говорит Тардуно.

Что касается планетарной эволюции, то исследование подчеркивает важность магнитного щита и механизма его сохранения, говорит он.

«Это исследование действительно подчеркивает необходимость чего-то вроде роста Внутреннее ядро Он поддерживает магнитное поле на протяжении всей жизни планеты — несколько миллиардов лет».