Ученые выяснили, как тепловой поток влияет на магнитное поле Земли

Показания компаса, которые не показывают направление на истинный север, и помехи работе спутников — это лишь некоторые из проблем, вызванных особенностями магнитного поля Земли. Магнитное поле излучается по всему миру и далеко в космос, но оно создается процессами, происходящими глубоко в ядре Земли, где температура превышает 5000 градусов по Цельсию.

Новое исследование геофизиков из Университета Лидса, которое было опубликовано в Nature Geoscience, предполагает, что то, как охлаждается это сверхгорячее ядро, является ключом к пониманию причин особенностей — или, как их называют ученые, аномалий — магнитного поля Земли.

При чрезвычайно высоких температурах глубоко под землей ядро представляет собой массу вращающегося расплавленного железа, которое действует как динамо-машина. Когда расплавленное железо движется, оно генерирует глобальное магнитное поле Земли.

Конвективные потоки поддерживают вращение динамо-машины, когда тепло уходит из ядра в мантию, слой горных пород, простирающийся на 2900 километров до земной коры.

Исследования доктора Джонатана Маунда и профессора Кристофера Дэвиса из Школы Земли и окружающей среды в Лидсе показали, что этот процесс охлаждения не происходит равномерно по всей Земле, и эти изменения вызывают аномалии в магнитном поле Земли.

Сейсмический анализ показал, что есть области мантии, например, под Африкой и Тихим океаном, которые особенно горячие. Компьютерное моделирование, проведенное исследователями, показало, что эти горячие зоны уменьшают эффект охлаждения ядра, что вызывает региональные или локальные изменения свойств магнитного поля.

Например, там, где мантия горячее, магнитное поле в верхней части ядра, вероятно, будет слабее. И это приводит к более слабому магнитному полю, которое проецируется в космос над Южной Атлантикой, что создает проблемы для орбитальных спутников.

Доктор Маунд, руководивший исследованием, сказал: «Одним из свойств магнитного поля в космосе является отклонение заряженных частиц, испускаемых Солнцем. Когда магнитное поле слабее, этот защитный экран не так эффективен. Поэтому, когда спутники проходят над этой областью, эти заряженные частицы могут нарушить их работу».

Ученые знали об аномалии над Южной Атлантикой с тех пор, как начали отслеживать и наблюдать за магнитным полем, но неизвестно, является ли это долгоживущей особенностью или чем-то, что произошло совсем недавно в истории Земли.

Как показало исследование в Лидсе, аномалии, вероятно, вызваны различиями в скорости, с которой тепло уходит из ядра Земли в мантию. Местонахождение во внутренней структуре Земли, где происходят эти различия тепловых потоков, вероятно, определяет, как долго они могут длиться.

Доктор Маунд добавил: «Процессы в мантии происходят очень медленно, поэтому мы можем ожидать, что температурные аномалии в нижней мантии останутся неизменными в течение десятков миллионов лет. Следовательно, мы ожидаем, что свойства магнитного поля, которые они создают, также быть похожими на протяжении десятков миллионов лет. Но более горячее внешнее ядро представляет собой довольно динамичную жидкую область. Таким образом, тепловые потоки и свойства магнитного поля, которые они вызывают, вероятно, будут колебаться в более коротких временных масштабах, возможно, от сотен до тысяч лет».