500 миллионов лет назад Земля почти полностью лишилась магнитного поля // Смотрим

• Профиль

Геология и науки о Земле 12 августа 2022, 08:50 12 августа 2022, 09:50 12 августа 2022, 10:50 12 августа 2022, 11:50 12 августа 2022, 12:50 12 августа 2022, 13:50 12 августа 2022, 14:50 12 августа 2022, 15:50 12 августа 2022, 16:50 12 августа 2022, 17:50 12 августа 2022, 18:50

• Ольга Мурая

• Три этапа развития Земли: слева у планеты ещё нет внутреннего ядра и очень слабое магнитное поле. По центру оно уже формируется, а справа в нём появляется внешняя и внутренняя часть.

  Иллюстрация Michael Osadciw/University of Rochester.

Как наша планета избежала участи Марса? Вся загвоздка в неожиданном изменении структуры её внутреннего ядра.

За всё разнообразие жизни и комфортные условия существования на Земле мы можем смело благодарить магнитное поле нашей планеты. Без него солнечная радиация уничтожила бы атмосферу и океаны, оставив после себя бесплодную пустыню.

Именно это и произошло с Марсом, который когда-то считался «голубым» водным миром: он был покрыт огромным океаном. Марс стал «красным» лишь после того, как около четырёх миллиардов лет назад таинственным образом потерял своё магнитное поле.

Несколько пугающее открытие геологов из Рочестерского университета подтверждает, что в какой-то момент геологической истории с Землёй происходили очень похожие изменения.

Исследователи обнаружили доказательства того, что около 565 миллионов лет назад сила магнитного поля Земли упала всего до 10% от сегодняшней силы. Если бы эта тенденция сохранилась, жизнь на нашей планете наверняка была бы обречена.

Но прямо перед так называемым кембрийским взрывом многоклеточной жизни магнитное поле Земли пришло в норму — и, согласно новому исследованию, это произошло благодаря кое-каким фундаментальным изменениям во внутреннем ядре.

Напомним, что ядро нашей планеты состоит из двух частей: расплавленного внешнего ядра ​​и твёрдого внутреннего.

За создание магнитного поля отвечает движение электропроводящей жидкости во внешнем ядре. Этот эффект естественной генерации магнитного поля называют геодинамо.

Металлический расплав, составляющий внешнее ядро, постоянно перемешивается благодаря теплу, исходящему из недр планеты. Также этому движению жидкости способствует тектоника плит.

Наиболее точные измерения возраста магнитного поля Земли говорят о том, что оно появилось около 4,2 миллиарда лет назад. Учитывая, что Земле около 4,6 миллиарда лет, её магнитное поле сформировалось довольно быстро по геологическим меркам. При этом сила этого магнитного поля не всегда была постоянной.

Учёные узнают об изменениях магнитного поля Земли, которые происходили даже миллиарды лет назад, изучая древние минералы, богатые железом.

Первоначально эти минералы представляли собой жидкую лаву, атомы железа в которой выравнивались по линиям магнитного поля Земли, как стрелка компаса. По мере остывания лавы образуются минералы, которые представляют собой непосредственную запись силы и ориентации магнитного поля Земли в то время.

Эта область геофизики получила название палеомагнетизм. Изучая эту магнитную летопись, исследователи уже смогли выяснить, что магнитное поле Земли претерпело множество эпизодов инверсии — северный и южный полюса планеты полностью менялись местами.

Таким же образом учёные узнали, что сила магнитного поля нашей планеты значительно изменялась на протяжении всего её существования.

Самым слабым магнитным полем Земля обладала около 565 миллионов лет назад: тогда оно почти исчезло. Но всего за 15 миллионов лет, просто мгновение по геологическим меркам, магнитосфера пришла в норму.

Такое быстрое обновление напряжённости магнитного поля авторы новой работы объясняют тем, что около 550 миллионов лет назад сформировалось твёрдое внутреннее ядро планеты. Оно придало существенный новый заряд расплавленному внешнему ядру.

Позднее, около 450 миллионов лет назад, структура растущего внутреннего ядра снова изменилась, в нём образовалась граница между непосредственно внутренним ядром и его внешней областью.

Любопытная и весьма важная деталь: эти изменения во внутреннем ядре совпадают со сдвигами в структуре вышележащей мантии, вызванными тектоникой плит на поверхности.

Изучая силу магнитосферы, исследователи могут не только узнавать о прошлом Земли и предсказывать её будущее. Они также могут предположить, как магнитные поля формируются на других планетах и что это может значить для потенциальной инопланетной жизни. Опять же, Марс служит предостережением.

Земля, безусловно, потеряла бы гораздо больше воды, если бы её магнитное поле не восстановилось, пишут исследователи. Планета была бы намного суше и её пейзаж разительно отличался бы от того, что мы наблюдаем сегодня.

Исследование вышло 19 июля 2022 года в журнале Nature Communications.

Больше удивительных новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

• наука
• Земля
• новости
• геология
• жизнь
• ядро
• магнитное поле

Весь эфир

Что поддерживает магнитное поле Земли

02. 06.2016 14:56

3493

Добавить в закладки

Ученые из разных стран под руководством Александра Гончарова (Alexander Goncharov) из лаборатории геофизики Института Карнеги в Вашингтоне (США) воспроизвели в лаборатории условия внутри ядра Земли и оценили теплопроводность материала, чтобы понять загадку существования магнитного поля. Публикация об этом вышла в

Nature, кратко содержание работы изложено в пресс-релизе.

Расслоение вещества, из которого сложена Земли, на раннем этапе ее существования, привело к образованию ядра, мантии и земной коры. Согласно данным геофизики, ядро состоит из железа и расслоено на две части: внутреннее твердое ядро и внешнюю часть из жидкого железа. Движения жидкого ядра порождают магнитное поле, защищающее Землю от жесткого космического излучения. Откуда у ядра энергия, чтобы генерировать тепло и поддерживать магнитное поле? На этот вопрос пытается ответить Александр Гончаров из Института Карнеги, в прошлом сотрудник Института кристаллографии РАН, специалист по материалам в экстремальных условиях.

Гончаров с коллегами из США, Германии и Великобритании решил измерить теплопроводность материала, из которого, как считается состоит ядро Земли, при тех физических условиях, которые царят в недрах.

Чтобы узнать, как железо поведет себя с условиях ядра планеты, ученые использовали ячейку с алмазными наковальнями, нагреваемую лазером. Прибор сжимает крошечный образец материала между двумя алмазами, создавая сильнейшее давление, аналогичное тому, что существует в центре планеты. А лазер нагревает образец до высоких температур. Таким образом ученые испытали образцы железа при температуре, достигавшей 2700 градусов Цельсия, и давлении, существующем внутри планеты размером с Меркурий или Землю — в миллион раз превышающее атмосферное.

Оказалось, что железо в таких экстремальных условиях обладает теплопроводностью по нижней границе того, что рассчитывали ранее для земного ядра — между 18 и 44 Ватт на метр на Кельвин Вт/(м*К). Это подтверждает догадку о том, что энергия, необходимая для поддержания магнитного динамо, поступала уже на раннем этапе истории Земли.

Теперь, чтобы лучше изучить теплопроводность ядра, ученым нужно понять, как нежелезные материалы, которые находятся в ядре наряду с железом, влияют на эти тепловые процессы внутри планеты.

Ранее Александр Гончаров с коллегами смоделировал условия в мантии Земли, на границе рядом с ядром.

 

железо магнитное поле земли ядро земли

Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.

НАУКА ДЕТЯМ

Ученые вызвали приступ у «сердца-на-чипе»

18:00 / Медицина

Ученые создали новое вещество для лечения неврологических расстройств

17:30 / Медицина, Химия

В Гренландии найдена древнейшая ДНК

17:00 / Биология, Палеонтология

Ученые ТПУ разработали фильтр для очистки биотоплива от вторичных продуктов при его изготовлении

16:30 / Инженерия, Энергетика

Финал конкурса «Наука. Территория героев»

15:30 / Наука и общество

Физически идентичные жидкости оказались совершенно разными на уровне молекул

14:30 / Физика

Учёные Крымского федерального университета заложат инжировый сад

13:30 / Биология

Ученые МГУ улучшили методику построения маршрутов

12:30 / Информационные технологии, Математика

Ученые Пермского Политеха повысили надежность вычислительных систем и их элементов

11:30 / Информационные технологии

Профессор РАН Григорий Стеблов: о родной планете мы знаем меньше, чем о дальнем космосе

10:30 / География, Науки о земле

Памяти великого ученого. Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008

04.03.2019

Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002

04.03.2019

Вспоминая Сергея Петровича Капицу

14.02.2017

Смотреть все

Отслеживание изменений магнитных полюсов Земли | Новости

Поскольку магнитное поле Земли меняется со временем, положение Северного и Южного магнитных полюсов постепенно меняется. Магнитное склонение — угол между магнитным севером и истинным севером — в данном месте также меняется со временем. Наш просмотрщик карт исторического магнитного склонения отображает расположение геомагнитных полюсов и исторические линии склонения, рассчитанные для 1590–2020 годов.

Магнитная история Земли

г. Сэр Джеймс Кларк Росс впервые обнаружил Северный магнитный полюс на севере Канады в 1831 году. С 1831 года полюс движется через канадскую Арктику в сторону России. Ученые NCEI из Совместного института исследований в области наук об окружающей среде (CIRES) Университета Колорадо в Боулдере рассчитали движение как Северного, так и Южного магнитных полюсов с 1590 по 2025 год, используя две модели: gufm1 и IGRF. Gufm1 включает в себя тысячи магнитных наблюдений, сделанных моряками, занятыми в торговом и военно-морском судоходстве. IGRF является результатом совместных усилий специалистов по моделированию магнитного поля и институтов, занимающихся сбором и распространением данных о магнитном поле со спутников, обсерваторий и исследований по всему миру. Исследование, проведенное в 2007 году канадско-французским международным сотрудничеством, показало, что Северный магнитный полюс перемещается примерно на северо-северо-запад со скоростью 55 км в год. Согласно последним данным IGRF, полюс в настоящее время движется в том же направлении, но с несколько меньшей скоростью — около 45 км в год.

Ученые NCEI и CIRES создали анимацию , показывающую изменения положения склонения и «блуждание» Северного магнитного полюса за последние 50 лет. Посмотрите, как изогонические линии сходятся на полюсе. Просмотрите исторические данные до 1590 года с помощью нашего Map Viewer .

Плиты и полярность: синхронность

Магнитное поле Земли медленно менялось на протяжении всего ее существования. Когда тектонические плиты формируются вдоль океанических хребтов, существующее магнитное поле «вмораживается» в скалы, когда они остывают ниже примерно 700°C. Медленно движущиеся пластины действуют как своего рода магнитофон, оставляя информацию о силе и направлении прошлых магнитных полей. Взяв образцы этих пород и используя методы радиометрического датирования, стало возможным реконструировать историю магнитного поля Земли примерно за последние 160 миллионов лет. Если «прокрутить ленту в обратном направлении», запись покажет, как магнитное поле Земли усиливается, ослабевает и часто меняет полярность. Магнитные северный и южный полюса даже поменялись местами или «перевернулись», что известно как инверсия геомагнитных полюсов.

Смена геомагнитных полюсов происходила на протяжении всей истории Земли. Последнее произошло 780 000 лет назад. Хотя это звучит пугающе, перевороты полюсов могут происходить через много времени и не представляют непосредственной угрозы. Ученые определили, что в краткосрочной перспективе реальных изменений в окружающей среде Земли и угрозы для жизни из-за переворота полюсов не произойдет.

Раннее магнитное поле Луны сделало возможным существование человека

Имеет ли значение, что Земля и Луна имели общее магнитное поле около 4 миллиардов лет назад? Исследования показывают, что это так. Ученые узнали, что связанная магнитосфера (общее магнитное поле) между Землей и Луной помогла защитить
нашу планету от излучения молодого Солнца, которое было бы катастрофическим для жизни.

Учебники раньше описывали Луну как не имеющую сейчас магнитного поля и никогда не имевшую никаких последствий. Однако магнитометр, доставленный на Луну астронавтами Аполлона-12 в 1969 году, показал, что Луна
имеет магнитное поле , хотя и в тысячу раз слабее, чем нынешнее магнитное поле Земли. Это лунное магнитное поле — остаточная магнитная память о самых ранних лунных эрах, сохранившаяся в поверхностных породах Луны. Лаборатория
анализ лунных пород, доставленных на Землю астронавтами Аполлона, показал, что Луна должна была обладать значительным магнитным полем в течение нескольких сотен миллионов лет после своего образования.

Ниже я привожу научные подробности о предыдущем анализе и новом открытии в следующих двух разделах. Если они кажутся вам слишком техническими, не стесняйтесь просмотреть их и начать заново с раздела «Последствия».

Ранняя магнитная и динамическая история Луны Лабораторный анализ лунных пород установил, что 4,25–3,50 миллиарда лет назад максимальная напряженность магнитного поля Луны колебалась в пределах 20–100 микротесла (0,2–1,0
гаусс).
¹ С 3,50 до 3,20 миллиарда лет назад максимальная напряженность магнитного поля Луны упала примерно до 5 микротесла (0,05 Гс). Эти измерения сравниваются с нынешней максимальной напряженностью магнитного поля Земли в 65 микротесла
(0,65 Гс).

Как для Земли, так и для Луны напряженность магнитного поля зависит от того, где находится на поверхности. Современная напряженность магнитного поля на поверхности Земли колеблется от 23 микротесла (0,23 Гс) в Парагвае до 65 микротесла (0,65
Гс) между Тасманией и Антарктидой.

До 3 миллиардов лет назад Луна была намного ближе к Земле. Расстояние между Землей и Луной составляло всего около 21 земного радиуса (133 800 километров или 83 100 миль) 3,9 миллиарда лет назад и всего около 18 земных радиусов (114 700 километров или
71 300 миль) 4,0 миллиарда лет назад. ² (В настоящее время расстояние между Землей и Луной составляет 384 400 километров или 239 000 миль.)

Чтобы Луна обладала сильным магнитным полем, в ее жидком железном ядре должны быть сильные, устойчивые конвекционные потоки. Внутреннее тепло, оставшееся от события формирования Луны , поддерживало жидкое состояние железного ядра Луны
до 3,5 миллиардов лет назад. Ученые убеждены, что событие формирования было вызвано столкновением-слиянием Тейи, планеты с массой 11–15% нынешней Земли, с протоземлей. ³  Близость Луны к Земле до 3,5 миллиардов лет назад обеспечивала необходимые конвекционные потоки. Гравитация Земли на ближайшей к Земле стороне Луны была бы значительно в
раз сильнее, чем гравитация Земли на обратной стороне Луны. Разница в силе гравитации вызвала значительное колебание Луны. (Гораздо меньшее колебание сохраняется и по сей день.) Это колебание всколыхнуло жидкое железо в лунном ядре, что вызвало конвекционные потоки, породившие сильное магнитное поле Луны.

До 3,5 миллиардов лет назад Луна оказывала значительно более сильное гравитационное притяжение на ближнюю сторону Земли, чем на дальнюю. Разница в гравитационном притяжении породила конвекционные потоки в жидком железном ядре Земли
. Сегодня вклад Луны в конвекцию в жидком железном ядре Земли в несколько сотен раз слабее. Она была заменена конвекцией, вызванной преобразованием ядра Земли из полностью жидкого во внутреннее твердое
и внешнее жидкое ядро.

Ни Земля, ни Луна не обладали бы сильным, устойчивым магнитным полем до 3,5 миллиардов лет назад, если бы не их близость друг к другу. Эта близость в то время также сделала возможным соединение
их магнитосфер с глубокими последствиями для жизни на Земле.

История магнитосферы системы Земля-Луна Теперь группа из четырех астрономов-планетологов под руководством Джеймса Грина пролила свет на эту раннюю связь магнитных полей. Команда использовала известные силы магнитного поля Луны 9. 0025 и расстояния до Луны от Земли до 3 миллиардов лет назад, а также известная интенсивность солнечного ветра в то время, чтобы определить магнитосферы Земли и Луны и то, как две магнитосферы были связаны. ⁴  На рисунках
1–4 показано, чего они достигли.

Рисунок 1: Связанные магнитосферы (показаны силовые линии магнитного поля) для системы Земля-Луна 4 миллиарда лет назад, когда Луна находилась между Солнцем и Землей и магнитные диполи выровнены.   Размеры корпуса и расстояние между ними указаны в масштабе.
Изображение предоставлено Джеймсом Грином и др., eabc0865.

 

Рисунок 2: Связанные магнитосферы для системы Земля-Луна 4 миллиарда лет назад, когда Земля находилась между Солнцем и Луной и магнитные диполи выровнены.
Изображение предоставлено Джеймсом Грином и др., eabc0865.

 

Рисунок 3: Связанные магнитосферы для системы Земля-Луна 4 миллиарда лет назад, когда Луна находится между Солнцем и Землей, а магнитные диполи выровнены в противоположных направлениях.
Изображение предоставлено Джеймсом Грином и др., eabc0865.

 

Рис. 4. Связанные магнитосферы для системы Земля-Луна 4 миллиарда лет назад, когда Земля находилась между Солнцем и Луной, а магнитные диполи противонаправлены.
Изображение предоставлено Джеймсом Грином и др., eabc0865.

Последствия истории связанной магнитосферы системы Земля-Луна
Команда Грина показала, что независимо от ориентации магнитов Земли и Луны связанная магнитосфера системы Земля-Луна от
до 4 миллиардов лет назад была достаточно прочной и стабильной. чтобы предотвратить распыление сильного солнечного ветра или серьезное ухудшение состояния атмосферы Земли или ее гидросферы. Он также был достаточно прочным и стабильным, чтобы защитить
микробов на поверхности Земли в то время из-за смертельной солнечной радиации.

Затем 3,2 миллиарда лет назад магнитное поле Луны стало слишком слабым, а Луна слишком далеко от Земли, чтобы магнитное поле Луны могло обеспечить сколько-нибудь значительную магнитосферную защиту земной атмосферы, гидросферы и
жизни. Однако к этому времени в этом уже не было необходимости. Вспышечная активность Солнца и интенсивность рентгеновского и гамма-излучения снизились до уровней, при которых магнитосферы Земли самой по себе было бы достаточно, чтобы защитить Землю.0025 атмосфера, гидросфера и жизнь (см. рис. 5).

Рис. 5: Уровень вспышечной активности Солнца на протяжении всей его истории
Ось Y отложена логарифмически. Уровень вспышечной активности Солнца был более чем в 100 000 раз выше вскоре после его образования, чем сейчас. Интенсивность рентгеновского и гамма-излучения Солнца сильно коррелирует с уровнем его вспышечной активности. Синяя пунктирная линия указывает настоящее время.
Автор диаграммы: Хью Росс 

Ранее я писал, что наша Луна не похожа ни на одну другую из известных лун. ⁵ Небольшая каменистая планета, расположенная так близко к своей родительской звезде, как Земля к Солнцу, вращающаяся вокруг одной огромной Луны, требует наиболее необычайно точно настроенного события столкновения
, известного астрономам.

Планета, составляющая 11–15% нынешней массы Земли, с правильным составом и внутренней структурой, должна слиться с прото-Землей в нужное время в истории Солнечной системы правильным образом (правильная скорость, правильное слияние 9угол 0025, правильное направление и скорость вращения и т. д.), чтобы образовалась такая луна, как наша Луна. Требуемые точные настройки настолько ошеломляют, что один специалист по моделированию лунных образований Тим Эллиотт написал в журнале Nature , что это вызывает у него и его коллег «философское беспокойство». ⁶ Теперь необходимо добавить больше слоев тонко настроенных конструкций — ранние сильные магнитные поля Земли и Луны, возникшие в результате их близости друг к другу, и
связанная история магнитосферы системы Земля-Луна.

Грин и его коллеги заканчивают свою статью, объясняя, что они обнаружили еще одно требование обитаемости. Чтобы планета, отличная от Земли, могла содержать что-то большее, чем несколько микробных видов в течение более чем короткого периода времени
, она должна иметь луну, практически идентичную нашей. Такая система планета-луна должна иметь как связанную динамическую историю, так и связанную историю магнитосферы, практически идентичную системе Земля-Луна. Я бы добавил, что такая система
планета-луна должна вращаться вокруг звезды, практически идентичной Солнцу, поскольку звезды, более или менее массивные, чем Солнце, представляют еще больший риск для атмосферы, гидросферы и жизни планеты. ⁷

Четыре астронома-планетолога не дают никаких комментариев, но как астроном я также заметил бы, что обнаруженные ими дополнительные требования к обитаемости требуют такой исключительной тонкой настройки, чтобы исключить какое-либо разумное натуралистическое объяснение того, как любая планета в Вселенная могла бы стать домом для долговременной жизни или любой мыслимой многоклеточной жизни. Единственное разумное объяснение такой планеты и системы Земля-Луна состоит в том, что это продукт
сверхразумного, сверхъестественного Существа, создавшего дом, где люди могут существовать, процветать и вступать в личные отношения с космическим Творцом.

Показанный изображение: Луна и Земля
Изображение Кредит: Китайское национальное управление космического пространства, Xinhuanet

ENDNOTES

1. SAIDE MIGHANI et al. 6, № 1 (1 января 2020 г.): ид. eaax0883, doi: 10.1126/sciadv.aax0883.
2. В. Н. Жарков, «К истории лунной орбиты», Исследования Солнечной системы 34, вып. 1 (январь 2000 г.): 1.
3. Хью Росс, «Лунные совпадения приводят к« философскому беспокойству »», Today’s New Reason to Believe (блог), 3 марта 2014 г., /explore/publications/tnrtb/read/tnrtb/2014/03/03/increasing-lunar -совпадения-приводят-к-философскому-беспокойству; Хью Росс, Improbable Planet (Гранд-Рапидс: Бейкер, 2016 г.), 48–60, https://support.reasons.org/purchase/improbable-planet.
4. Джеймс Грин и др., «Когда на Луне была магнитосфера», Science Advances 6, вып. 42 (14 октября 2020 г.): там же. eabc0865, doi: 10.