Древние камни раскрыли секрет магнитного поля Земли

Породы, образовавшиеся около 3,7 миллиардов лет назад в раннем архее, дали нам самое раннее представление о магнитном поле Земли.

Это было время, когда Земля, возможно, все еще была окутана водой, а ранняя жизнь только начинала зарождаться – и недавно обнаруженные следы планетарной магнитосферы показывают, что она была удивительно похожа на невидимую структуру, которая до сих пор защищает Землю. Исследование команды было опубликовано в журнале Geophysical Research: Solid Earth.

Читайте также: Ученые раскрыли силу древнего магнитного поля Земли

Это открытие может помочь ученым понять раннюю историю Земли и факторы, которые способствовали возникновению жизни. Кроме того, подробный анализ может помочь измерить ранние следы магнитного поля Земли в других местах по всему миру, помогая воссоздать его глобальную форму и эволюцию на протяжении 4,5 миллиардов лет жизни планеты.

Магнитное поле Земли представляет собой огромную оболочку, которая окружает нашу планету. Считается, что она генерируется глубоко по направлению к ядру, где вращение конвекционной проводящей жидкости, известной как геодинамо, преобразует кинетическую энергию в электрические и магнитные поля, которые выбрасываются в космос.

Ученые также считают, что мы обязаны этому магнитному полю за обитаемость Земли: оно защищает атмосферу от быстрого разрушения солнечным ветром и отводит вредное излучение. О чем мы имеем менее четкое представление, так это о том, как магнитное поле развивалось на протяжении истории Земли. Как она выглядела, когда наша планета была молодой, и как она изменилась с тех пор?

Вот где камни могут быть действительно полезны. Когда они еще мягкие в процессе формирования, любые ферромагнитные материалы в них выравниваются под воздействием внешних магнитных воздействий, таких как огромное магнитное поле, которое окружает Землю и проходит сквозь нее.

Эти геологические записи могут показать не только направление магнитного поля, но и его силу. Хитрость заключается в том, чтобы найти правильный вид камня и уметь интерпретировать то, что он нам говорит.

Во-первых, любое событие или сила, нагревающая камень, может изменить его, стирая и перезаписывая предыдущую магнитную информацию. Вот почему так трудно найти надежные записи раннего магнитного поля, даже если подтверждено, что сама порода очень древняя.

Группа под руководством геолога Клэр Николс из Оксфордского университета в Великобритании обнаружила именно такую ​​запись в одиноких дебрях Исуа в Гренландии.

Там регион, известный как Супракортальный пояс, имеет особую геологию: он расположен на толстом слое земной коры, который защищал ее от тектонической активности и деформации на протяжении миллиардов лет.

В этой формации находятся породы, богатые железом. Датирование кристаллов циркона в этой формации свинцом-ураном показало, что некоторые породы образовались около 3,7 миллиардов лет назад.

Николс и ее команда изучали железо в этих древних камнях, чтобы определить свойства магнитного поля Земли того времени. Их результаты показали, что напряженность магнитного поля 3,7 миллиарда лет назад составляла не менее 15 микротесла. Это удивительно сопоставимо с силой тока около 30 микротесла.

Это говорит о том, что раннее геодинамо было столь же эффективным и действенным, как и сегодня. Но Солнце не всегда было таким, каким оно является сейчас. В архейском периоде оно тоже было довольно молодым и гораздо более активным, а солнечный ветер был намного мощнее.

Это говорит о том, что уровень защиты от солнечного ветра, обеспечиваемый магнитным полем, со временем увеличился. Это может иметь последствия для возникновения жизни: она не сможет возникнуть, пока обеспечиваемая защита не достигнет определенного уровня.

Результаты также могут помочь понять эволюцию атмосферы Земли. Есть свидетельства того, что много ионизированного ксенона и водорода было потеряно во время архея; поскольку ксенон относительно тяжел, маловероятно, что он будет выделен из сильно экранированной атмосферы в сколько-нибудь значительных количествах.

Одна из возможностей связана с немного более слабым магнитным полем, что позволит расширить воздействие солнечного ветра на полюсах. Исследования команды показывают, что это возможно, если бы напряженность магнитного поля находилась на нижнем конце шкалы, установленной ими по гренландским камням.

Потребуются дополнительные исследования, чтобы определить, как магнитное поле вело себя и менялось, начиная с архея. Однако одно теперь можно сказать наверняка.

«Независимо от ее точной силы и стабильности, — пишут исследователи, — наши результаты показывают, что Земля поддерживает собственное магнитное поле в 950 градусов, по крайней мере, 3,7 миллиарда лет назад».

Фото: Клэр Николс