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.
Расчетное текущее распределение тепловых потоков на границе ядро—мантия. Тепловой поток под зонами субдукции последние 300 миллионов лет превышает тепловой поток нижних областей, где не происходило многочисленой субдукций.
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.