Новое открытие заставляет пересмотреть механизмы возникновения геомагнитного поля и усомниться в истории смены магнитных полюсов Земли. Речь идёт о том, что в формировании магнитного щита нашей планеты участвует её мантия. Такой вывод сделан в научной статье, опубликованной в журнале Nature.
Напомним, что магнитное поле Земли защищает всё живое от губительного потока космической радиации, а атмосферу – от "сдувания" солнечным ветром. Между тем время от времени магнитные полюса Земли меняются местами, и во время этого "переворота" магнитный щит слабеет.
Когда это случится в следующий раз? Как долго продлится период уязвимости? Насколько ослабеет защита? Чтобы обоснованно ответить на эти вопросы, нужно как можно точнее представлять себе все факторы, определяющие существование геомагнитного поля и влияющие на него.
Первую скрипку здесь играет, разумеется, земное ядро и кольцевые токи в нём (с XIX века известно, что электрический ток порождает магнитное поле). Свою лепту вносят также токи в верхних слоях атмосферы (ионосфере). Но не следует сбрасывать со счетов и ферромагнитные породы в составе нашей планеты.
Напомним, что ферромагнетики – это особый класс материалов. Они значительно усиливают магнитное поле, в которое погружены. Поэтому, например, в электромагнитах присутствуют железные сердечники (железо – классический ферромагнетик). Кроме того, эти вещества сохраняют намагниченность, даже если вызвавшее её поле уже исчезло. Из материалов с особенно хорошей "памятью" делают постоянные магниты.
В земной коре ферромагнетики, безусловно, есть. А вот есть ли они в мантии?
Ещё недавно геофизики считали, что нет. Дело в том, что у каждого ферромагнетика есть критическая температура, выше которой он теряет свои ферромагнитные свойства. Эксперты предполагали, что вещество мантии слишком сильно разогрето, чтобы работать магнитом. Слой, составляющий почти 70% массы Земли, объявлялся "магнитно мёртвым".
Однако прямых экспериментальных данных о том, сохраняют ли те или иные породы ферромагнитные свойства, получено не было. Это связано с тем, что условия мантии не так-то легко воссоздать.
Авторы нового исследования решили закрыть этот пробел. Их интересовало, сохраняются ли ферромагнетики в литосферных плитах, которые погружаются в глубины Земли в океанических жёлобах (мы рассказывали об этом процессе).
Из теоретических соображений исследователей следовало, что единственными материалами, с которыми имеет смысл экспериментировать, являются оксиды железа. Для всех остальных ферромагнитных компонентов земной коры в мантии заведомо слишком жарко.
Самая распространённая форма оксида железа в литосферных плитах, погрузившаяся на глубины 300–600 километров (верхняя мантия и переходная зона между верхней и нижней мантией), – это гематит. Основу этого минерала составляет соединение Fe2O3. К слову, он также известен как красный железняк, и это одна из главных железных руд.
Именно этот минерал исследовали геофизики. Они сжимали его в алмазных наковальнях, подвергая давлению до 900 тысяч атмосфер. Одновременно сквозь прозрачные наковальни материал нагревали лазерным лучом, доводя его температуру до отметки выше 1000 °C. Одновременно измерялись магнитные свойства вещества.
К удивлению учёных, оказалось, что гематит остаётся ферромагнетиком вплоть до температуры 925° C. Именно такие условия царят в "утонувших" плитах под западной частью Тихого океана.
"Эти новые знания о мантии Земли и регионе сильного магнетизма в западной части Тихого океана могут пролить новый свет на любые наблюдения магнитного поля Земли", – говорит первый автор статьи Илья Купенко (Ilya Kupenko) из Мюнстерского университета в Германии.
Дело в том, что именно в этой части земного шара геофизики наблюдают магнитные аномалии. Ранее они интерпретировались как маршрут одной из былых миграций магнитного полюса Земли.
Теперь выяснилось, что его путешествие может быть ни при чём. Магнитный след могли оставить гематиты литосферных плит, погрузившихся в мантию. Если это предположение подтвердится, историю инверсий (переворотов) магнитного поля планеты придётся пересматривать.
"Теперь мы знаем, что в мантии Земли есть магнитоупорядоченные материалы, и это должно учитываться при любом будущем изучении магнитного поля Земли и движения [его] полюсов", – резюмирует соавтор статьи Леонид Дубровинский (Leonid Dubrovinsky) из Байройтского университета, также в Германии.
Эти знания пригодятся и планетологам, изучающим, например, магнитное поле Марса, а также планирующим сделать его более пригодным для жизни землян.
Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о возрасте геомагнитного поля, а также о том, что "невозможные" вещества могут усиливать магнитные поля суперземель.
