Река из расплавленного железа ускоряет течение под Россией и Канадой

Глубоко под землей на поверхности нашей планеты набирает скорость струя расплавленного железа, температура которой почти равна температуре на поверхности Солнца.

Этот поток жидкости был впервые обнаружен во время сбора данных о магнитных полях на глубине 3000 м под Северной Америкой и Россией. Измерения производились из космоса.

С 2000 года огромный поток шириной около 420 км утроил свою скорость и сейчас циркулирует глубоко под Сибирью, перемещаясь в сторону Европы на 40-45 км в год. Это втрое быстрее, чем обычная скорость перемещения жидкого вещества во внешнем ядре Земли.

Пока никто не знает, почему поток ускоряется, однако команда, исследующая струю, считает, что это природное явление, зародившееся миллиарды лет назад. Оно может помочь нам понять, как формировались магнитные поля Земли, спасающие нас от солнечных ветров.

Прямо к ядру

«Это выдающееся открытие, — говорит руководитель группы ученых Фил Ливермор (Phil Livermore) из Лидского университета. — Нам было известно, что жидкое ядро движется вокруг твердого, но до недавнего времени у нас было недостаточно данных, чтобы обнаружить этот удивительный поток».

«О Солнце мы знаем больше, чем о земном ядре, — говорит другой участник команды Крис Финли (Chris Finlay) из Датского технического университета в Конгенс Люнгбю. — Обнаружение этой струи — захватывающий шаг в изучении внутренних процессов нашей Земли».

Открытие стало возможным благодаря объединению исследовательских мощностей трех спутников Европейского космического агентства под названием Swarm, запущенных в 2013 году. С орбиты они измеряют магнитное поле Земли на глубине до 3000 м от поверхности, где расплавленное внешнее ядро граничит с твердой мантией.

«Использование всех трех спутников дало нам возможность отделить магнитные поля ионосферы и земной коры и получить наиболее подробную картину колебаний на границе мантии и внешнего ядра», — объясняет Ливермор.

Применение новых данных при построении моделей позволило ученым выяснить, как колебания изменялись со временем.

Невидимая река

Магнитное поле Земли возникает в результате движения расплавленного железа во внешнем ядре, поэтому изучение магнитного поля может помочь узнать подробности относительно поведения ядра, от которого это поле зависит.

В процессе исследования струи были изучены две необычайно мощные полосы магнитного потока, исходящие от границы внешнего ядра и мантии, расположенных соответственно под Канадой и Сибирью. Они перемещаются по мере движения потока расплавленного железа. Поскольку их сдвиг обусловлен только физическим перемещением расплавленного железа, они служат маркерами, с помощью которых можно отслеживать железную струю.

Ливермор сравнивает эту работу с наблюдением за течением реки ночью при помощи плывущих по течению свечей. «Перемещаясь, железо тянет за собой магнитное поле. Мы не можем видеть сам поток железа, только магнитные полосы», — объясняет он.

По его словам, у найденной струи жидкого вещества может быть аналог в южном полушарии, но там нельзя геомагнитными методами отслеживать течение магмы, поскольку не обнаруживается различимых магнитных потоков.

Вращающиеся цилиндры

Ливермор с коллегами утверждают, что струя сформировалась в результате движения потока расплавленного железа вокруг твердого ядра.

Вплотную к твердому ядру во внешнем ядре имеются вращающиеся цилиндры из расплавленного железа. Они перемещаются с севера на юг. В местах, где цилиндры впечатываются в поверхность твердого ядра, они действуют как пара катков, выдавливая в стороны дополнительные объемы железа, в результате чего и возникает струя.

Так зарождаются и начинают движение два напоминающих лепестки магнитных поля, которые обнаружили и отследили при помощи спутников.

Вопрос, почему магнитная струя ускоряется, — больше, чем просто загадка. Он может быть связан с вращением внутреннего ядра, которое, как выяснилось в 2005 году, движется чуть быстрее, чем земная кора, говорит Сяодун Сонг (Xiaodong Song) из Иллинойсского университета в Шампейне.

Сяодун был членом команды ученых, которая сделала открытие 2005 года, используя сейсмологические данные. «Было бы интересно связать данные сейсмологических и геомагнитных наблюдений и представить их в виде общего процесса в жидком ядре», — считает исследователь.

По предположению Ливермора, ускорение струи снижается по мере удаления от магнитных полей. Течение расплавленного железа создает магнитные поля, но, как он говорит, в дальнейшем магнитное поле также может воздействовать на движение железа.

Изучение расплавленной струи позволит геофизикам лучше понять поведение земного ядра и выделить факторы, влияющие на силу магнитного поля Земли.

Смена полярности

«Если мы поймем, откуда берется поле, то поймем, и как оно меняется со временем, и будет ли оно ослабевать и снова усиливаться», — говорит Ливермор.

С ним согласны и другие геофизики. «Чем лучше мы понимаем поведение ядра в различных временных и пространственных масштабах, тем больше у нас надежды узнать о возникновении, обновлении и будущем магнитного поля», — утверждает Уильям Браун (William Brown) из группы изучения геомагнетизма Британской геологической службы.

Есть подозрение, что магнитное поле Земли ослабевает примерно на 5% за сто лет, в особенности после 1840 года. Изучение потока магмы могло бы помочь геофизикам более точно предсказать, где и когда магнитное поле ядра нашей планеты перевернется, так что северный и южный магнитные полюса поменяются местами, что происходит каждые несколько тысяч лет.

Благодаря системе спутникового мониторинга открыто новое окно для наблюдения за активностью расплавленного железа в земном ядре в режиме «реального времени», подчеркивает Сяодун.