Скачок магнитного поля 1,1 миллиарда лет назад указал на солидный возраст внутреннего ядра Земли
Измерив остаточную намагниченность магматических пород возрастом около 1,1 миллиарда лет, геофизики обнаружили признаки значительного временного усиления геомагнитного поля в ту эпоху. Для такого всплеска требовался мощный источник энергии, что заставило ученых усомниться в модели постепенного остывания жидкого ядра с поздним (менее 700 миллионов лет назад) началом кристаллизации в его центре. Полученные данные сильно затрудняют определение возраста внутреннего твердого ядра Земли, а история земного магнетизма оказывается гораздо сложнее, чем представлялось. Об этом рассказывает статья в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Генерируется главное магнитное поле во внешнем жидком ядре за счет конвективных потоков, которые под действием кориолисовой силы образуют в северном и южном полушариях противоположно закрученные вихри. Их движение в слабом магнитном поле (оно может быть внешним, например, солнечным, или возникать в процессах на границе ядра и мантии) приводит в действие механизм гидромагнитного динамо. Однако для конвекции необходим перепад температур во внешнем ядре. Он возникает в основном, по-видимому, за счет двух процессов: высвобождения скрытой теплоты кристаллизации на границе внешнего и внутреннего твердого ядра и теплопереноса в мантию через верхнюю границу внешнего ядра.
Но так было не всегда: сложное ядро сформировалось у Земли не сразу. Между тем результаты недавних исследований показали, что на заре своего существования — в катархее, около 4,2 миллиарда лет назад — наша планета уже обладала магнитным полем. У ученых есть и соображения относительно механизмов его генерации в столь отдаленное время. Например, из-за того, что значительная часть нижней мантии еще представляла собой силикатный океан, геодинамо могло поддерживаться прямо в нем за счет кристаллизации. Дальнейшая же история изменений в режиме земного магнетизма тесно связана с эволюцией ядра, а точнее, с тем, как эта горячая, высокопроводящая часть Земли остывала на протяжении геологического времени. Продолжительность этой истории определяется возрастом внутреннего ядра.
Ученые оценивают его исходя из предполагаемых значений теплопроводности: чем она выше, тем быстрее ядро пришло к современному состоянию, а значит, тем оно моложе. Но, поскольку наши знания о химическом составе ядра и физических условиях в нем (прежде всего это касается температуры) недостаточны, оценки возраста внутреннего ядра сильно зависят от выбора модели и колеблются в широких пределах. Некоторые геофизики оперировали моделями с низкой теплопроводностью (от 18 до 44 ватт на метр на кельвин),что позволяло считать внутреннее ядро почти таким же древним, как и сама планета. Другие исследователи получили значение теплопроводности до 90 ватт на метр на кельвин, и оно означало, что твердое ядро появилось менее 700 миллионов лет назад, в позднем протерозое.