Мощная магнитосфера Земли существовала даже раньше появления внутреннего ядра и запуска геомагнитного динамо. Вероятно, в начальный период ее энергию поставлял совсем иной механизм.
Движение расплавленного ядра Земли, богатого железом, формирует глобальное магнитное поле, которое защищает жизнь планеты от постоянного обстрела тяжелыми заряженными частицами из космоса. Поле позволило сохранить достаточно плотную атмосферу, воду и множество других легких соединений от полного выветривания в космос. Однако оно не всегда существовало и не всегда было таким сильным, как сейчас, что вызывает большой интерес ученых при изучении первых этапов развития земной магнитосферы.
Работа команды профессора Джона Тардуно из Университета Рочестера раскрывает некоторые новые детали её развития. статье, опубликованной в журнале PNASУченые полагают, что глобальное магнитное поле Земли возникло очень давно.
В целях изучения истории магнитного поля Земли палеонтологи обращаются к кристаллам. цирконаДревнейшие сохранившиеся в земной коре минералы обычно имеют размеры не более десятых долей миллиметра. В процессе образования успели включить и более крошечные магнитные частицы. Эти частицы фиксируют направления силовых линий магнитного поля, словно стрелки окаменевших компасов.
Некоторые годы тому назад труды Джона Тардуно и соратников продемонстрировалаМагнитное поле Земли сформировалось не позже 4,2 миллиардов лет назад, уступая по возрасту планете всего лишь на несколькосот миллионов лет. Необходимо помнить о процессе его возникновения.
По современным представлениям, его создают токи расплавленного внешнего ядра, которые вызываются потоками энергии, поднимающимися от более плотного и горячего внутреннего ядра. Разделение внутреннего и внешнего ядер — сравнительно недавнее явление. По данным Тардуно, опубликованнымВ прошлом году его возрасту было чуть больше полумиллиарда лет.
Предполагается, что глобальное магнитное поле молодой Земли было слабомощным и приобрело полную силу лишь за последние полмиллиарда лет. Новые данные опровергают эту гипотезу: кристаллы циркона свидетельствуют о том, что магнитосфера сформировалась более четырех миллиардов лет назад. Ученые считают, что на начальных этапах ее мог поддерживать другой внутренний механизм, не зависящий от участия внутреннего ядра.
Преципитация оксида магния в недрах планеты могла стать этим механизмом. В то время Земля только начинала восстанавливаться после катастрофического удара, который привел к появлению Луны. Столкновение привело к расплавлению всей поверхности, и оксид магния растворился в жидкой породе. По мере остывания он выпадал в осадок, провоцируя перемешивание магмы, конвекционные течения в железистом ядре — и как следствие, возникновение глобального магнитного поля.
По расчётам авторов работы, этот процесс мог длиться миллиарды лет, пока медленное оседание оксида не завершилось, поставив магнитосферу Земли на грань полного коллапса. К счастью, в это время — начиная с 565 миллионов лет назад — оформилось внутреннее ядро. Оно взяло на себя роль источника магнитного поля и таковым остаётся по сей день.
Этот механизм образования магнитного поля мог действовать и на других планетах. Например, Марс, когда-то влажной и теплой планетой, теоретически утратил магнитосферу после исчерпания первоначального ресурса механизма преципитации. Из-за малых размеров он так и не достиг образования внутреннего твердого ядра. Возможно, Марс не пережил «магнитного коллапса», через который прошла Земля около 565 миллионов лет назад.