До формирования внутреннего ядра Земли и начала работы «геомагнитного динамо», ее магнитосфера сохраняла значительную силу, что указывает на существование альтернативного механизма, поддерживавшего ее на ранних этапах развития планеты.
Движение жидкого ядра Земли, насыщенного железом, порождает глобальное магнитное поле, которое оберегает жизнь на планете от постоянного воздействия тяжелых заряженных частиц из космоса. Благодаря этому полю удалось предотвратить полное улетучивание в космос плотной атмосферы, воды и множества других легких соединений. Однако магнитное поле не всегда присутствовало и не всегда обладало такой интенсивностью, как в настоящее время, что делает изучение эволюции земной магнитосферы в ранние эпохи крайне интересным для исследователей.
Исследование, выполненное группой ученых под руководством профессора Джона Тардуно из Рочестерского университета, проливает свет на новые аспекты ее эволюции статье, опубликованной в журнале PNAS, по мнению ученых, глобальное магнитное поле Земли сформировалось на самых ранних этапах развития планеты.
Палеогеологи исследуют кристаллы для изучения характеристик древней магнитосферы циркона — среди минералов, найденных в земной коре, эти являются самыми старыми. Их размеры обычно не превышают десятых долей миллиметра, но за время своего формирования они успели захватить и еще более мелкие магнитные частицы. Эти частицы фиксируют ориентацию силовых линий магнитного поля, подобно стрелкам окаменевших компасов.
Несколько лет назад подобное исследование проводили Джон Тардуно и его коллеги продемонстрировала, по данным исследований, магнитное поле Земли сформировалось не позднее 4,2 миллиарда лет назад, отстоя от момента образования планеты всего на несколько сотен миллионов лет. Однако важно учитывать механизм формирования этого поля.
В соответствии с современными научными представлениями, оно формируется под воздействием токов, возникающих во внешнем расплавленном ядре. Эти токи, в свою очередь, обусловлены потоками энергии, поднимающимися из более плотного и горячего внутреннего ядра. Разделение же внутреннего и внешнего ядер – процесс, произошедший относительно недавно. Согласно данным Тардуно, опубликованным в прошлом году, ему немногим более 500 миллионов лет.
Следовательно, ранее считалось, что глобальное магнитное поле Земли в юные годы было относительно слабым и достигло своей максимальной интенсивности лишь в течение последних полмиллиарда лет. Однако, поступающие сейчас данные противоречат этой гипотезе: анализ кристаллов циркона указывает на то, что магнитосфера возникла уже более четырех миллиардов лет назад. Исследователи считают, что на ранних этапах ее существования мог функционировать иной внутренний механизм, не связанный с формированием внутреннего ядра.
Предполагается, что преципитация оксида магния в недрах планеты могла послужить таким механизмом. В тот период Земля только восстанавливалась после катастрофического столкновения, ставшего причиной образования Луны. Столкновение вызвало полное расплавление поверхности, и оксид магния растворился в жидкой породе. По мере остывания планеты он выпадал в осадок, что приводило к перемешиванию магмы, конвекционным течениям в железистом ядре — и, как следствие, формированию глобального магнитного поля.
Авторы исследования предполагают, что данный процесс мог длиться миллиарды лет, пока постепенное осаждение оксида не привело к тому, что магнитосфера Земли оказалась на пороге полного разрушения. К счастью, примерно 565 миллионов лет назад началось формирование внутреннего ядра. Оно взяло на себя функцию генератора магнитного поля и продолжает выполнять ее в настоящее время.
Подобный принцип формирования магнитного поля мог быть актуален и для других планет. Например, Марс, когда-то представлявший собой влажную и тёплую планету, вероятно, утратил свою магнитосферу после истощения первоначального запаса энергии, необходимой для процесса преципитации, поскольку из-за небольших размеров не успел сформировать внутреннее твёрдое ядро. Не исключено, что он не пережил «магнитного коллапса», аналогичного тому, что произошёл на Земле около 565 миллионов лет назад.