Тектоника Земли и геомагнитное поле
В эпохи продолжительностью в десятки и сотни миллионов лет геомагнитное поле может зависеть от течений в мантии. Также процессы в мантии могут быть ответственны за частую смену полярности магнитного поля Земли. Результаты исследований по данной теме были представлены группой ученых в новой редакции работы «Nature Geoscience» в воскресенье, 29 июля.
Влияние процессов субдукции на распределение тепловых потоков из ядра в мантию. Пространственное распределение субдукции океанических плит за последние 300 миллионов лет. Чем темнее цвет, тем выше скорость субдукции.
Данные показывают взаимосвязь между течениями во внешнем ядре, измеряющимися в миллиметрах в секунду, и процессами в мантии, чья скорость составляет сантиметры в год. Группа, которой руководил А. Биггин из Университета Ливерпуля, включала в себя представителей Германского центра наук о Земле, IPGP Paris, университетов Осло и Утрехта и многих других.
Известно, что магнитное поле нашей планеты генерируется конвекционными потоками электропроводящего железо-никелевого сплава в жидком ядре, расположенном на глубине около 3000 км. Геомагнитное поле крайне разнородно в пространстве и времени. Над внешним ядром простирается мантия — скальные массы, находящиеся в пластичном состоянии в виду высокой температуры и огромного давления. На границе между ядром и мантией на глубине около 2900 км происходит интенсивный теплообмен, направленный от ядра в сторону мантии. С другой стороны, процессы в мантии в свою очередь также влияют на потоки тепла. Интерес представляет то, как гораздо более медленные твердые массы мантии влияют на потоки тепла и их пространственное распределение на границе с ядром и как это может влиять на геомагнитное поле, создаваемое значительно более быстрыми течениями в земном ядре.
Основная переменная
— Основной, ключевой переменной здесь является поток тепла. Более холодная мантия ускоряет перенос тепла от горячего земного ядра и изменяет тепловую конвекцию в самом ядре, — отметил Бернхард Штайнберг, представитель германских исследователей. — Океанское дно, погружающееся в мантию из-за тектонических процессов, может эту самую мантию остудить, что увеличивает переход тепла из ядра в мантию в этих зонах до тех пор, пока температура не достигнет усредненного значения. Однако, такое выравнивание может занимать несколько сотен миллионов лет.
С другой стороны, горячее ядро является источником всплывающих перегретых масс в форме огромных пузырей, называемых мантийными плюмами, которые отделяются от границы между ядром и мантией и движутся к земной поверхности. Подобный процесс в свое время сформировал Гавайские острова. Это явление ускоряет локальный перенос тепла из ядра Земли и, в свою очередь, «перенастраивает» генератор геомагнитного поля.

Изменения полярности магнитного поля
С исторической точки зрения, смена полярности геомагнитного поля — обычное явление. Ближайшая переполюсовка случилась всего 780 тысяч лет назад. По геологическим меркам, это очень короткий промежуток времени. Исследователи установили, что в период от 200 до 80 миллионов лет назад смены полярности случались намного чаще — до десяти раз в сто миллионов лет. Но примерно 120 миллионов лет назад переполюсовки прекратились. Фаза затишья длилась около 80 миллионов лет. Ученые полагают, что причиной тому явился одновременный сдвиг всей мантии и коры, приведший к сдвигу географического и магнитного полюсов примерно на 30 градусов. Явление, известное как «блуждание истинного полюса», вызывается изменением распределения плотности вещества в мантии. Если перенос тепла от ядра в мантии усиливается в экваториальной области, это, видимо, ведет к более частым переполюсовкам. При ослаблении этих процессов переполюсовки не происходят.
Взгляд в будущее
Согласно современным знаниям, влияние движения тектонических плит и конвективных потоков мантии на геомагнитное поле кажется вполне допустимым. В то же время, статья указывает на необходимость дальнейших исследований, чтобы глубже понять эти взаимосвязи. В частности, необходимо получить больше данных о сдвигах истинного полюса и понять, как это связано с изменениями магнитного поля. Более того, будущие модели генерации геомагнитного поля должны более полно учитывать влияние пространственных и временных вариаций тепловых потоков на границы ядра с мантией.
Перевод: Виталий Семкин
Прокомментировать
Вы должны быть авторизованы для комментирования.