Мы ведем свою повседневную жизнь под защитой невидимого магнитного поля, создаваемого глубоко внутри Земли. Он образует магнитосферу — область, в которой доминирует магнитное поле. Без этого планетарного защитного щита мы бы столкнулись с вредным космическим излучением и заряженными частицами Солнца.
Всегда ли на Земле был этот дефлекторный щит? Вероятно, так и есть, и тому есть доказательства в старых камнях. Группа исследователей из Оксфордского университета и Массачусетского технологического института нашла самые ранние доказательства его существования в камнях, найденных вдоль побережья Гренландии в регионе, называемом сверхкоровым поясом Исуа.
Геологам давно известно, что частицы железа в горных породах «увлекают» отпечаток магнитного поля, которое существовало при их формировании. Итак, исследовательская группа обнаружила породы, образовавшиеся около 3,7 миллиардов лет назад. По словам руководителя группы Клэр Николс с факультета наук о Земле Оксфорда, это непростая задача. «Извлечение надежных записей из столь старых пород чрезвычайно сложна», — отметил Николс. «Было очень интересно видеть, как первичные магнитные сигналы начинают проявляться, когда мы анализировали эти образцы в лаборатории. Это действительно важный шаг вперед, поскольку мы пытаемся определить роль древнего магнитного поля, когда жизнь на Земле впервые зародилась».
В образцах команды зафиксирована напряженность магнитного поля 15 микротесл в момент их формирования. Сегодня напряженность поля Земли приближается к 30 микротеслам, поэтому очевидно, что наше магнитное поле и магнитосфера существуют уже миллиарды лет. Также ясно, что поле меняется со временем. Научная группа также обнаружила, что магнитосфера ранней Земли была удивительно похожа на ту, которую она имеет сегодня.
Отслеживание магнитосферы Земли во времени
В центре нашей планеты находится главная динамо-машина. Есть два ядра — внутреннее и внешнее. Движения в областях ядра генерируют магнитное поле, которое определяет нашу магнитосферу. Расплавленное железо смешивается и движется в жидком внешнем ядре, а внутреннее ядро затвердевает. Два действия вместе создают эту динамо-машину. Вот что происходит сегодня внутри нашей планеты.
Однако, когда Земля впервые формировалась около 4,5 миллиардов лет назад, этого твердого внутреннего ядра не существовало. Без взаимодействия, которое мы наблюдаем сегодня между двумя частями ядра, трудно понять, как существовало какое-либо раннее магнитное поле. Это открытый вопрос среди геологов и планетологов: как он сформировался и как поддерживался?
Другой вопрос касается того, насколько планетарное магнитное поле менялось с течением времени. Ответив на этот вопрос, можно было бы помочь геологам понять, когда именно образовалось твердое внутреннее ядро. Это также показало бы, сколько тепла ушло из глубины нашей планеты с течением времени. Утечка тепла приводит к тектонике плит, которая использует большие «плиты» породы для перемещения объектов на поверхности в течение сотен миллионов лет.
Что говорят нам камни?
Камни имеют долгую и сложную историю. Они образуются в виде расплавленной смеси, которая затвердевает, или, в случае песчаников, укладываются слоями, которые затем затвердевают. В случае расплавленных пород они имеют отпечатки магнитного поля, захваченные во время формирования. Измеряя эти отпечатки пальцев, геологи учитывают любое нагревание, которое может со временем «сбросить» магнитные сигнатуры. Гренландские породы относительно нетронуты, то есть с момента своего формирования они не подвергались значительному нагреву. Это означает, что их магнитные отпечатки не изменились с момента формирования.
По словам Бенджамина Вайса из Массачусетского технологического института, камни также подвергаются выветриванию под воздействием ветра, изменений температуры и эрозии, но образцы Исуана кажутся относительно нетронутыми. «На севере Исуа находятся самые старые известные хорошо сохранившиеся скалы на Земле», — сказал Вайс. «Они не только не подвергались значительному нагреву с 3,7 миллиардов лет назад, но и были полностью очищены ледниковым покровом Гренландии».
Скалы сквозь время
Породы, которые изучала команда, относятся к архейскому эону — второму старейшему геологическому эону в истории Земли. Этот период начался около 4 миллиардов лет назад, и в то время Земля представляла собой в основном океанический мир с ограниченной площадью континентальной поверхности. С тех пор поверхность Земли сильно изменилась, разрушив или похоронив камни прежних времен. Итак, найти камни, датированные таким далеким временем, – это большое дело.
Породы Исуана практически не изменились с момента их образования и являются доказательством существования магнитного поля менее чем через миллиард лет после образования планеты. То же самое раннее магнитное поле могло сыграть роль в развитии атмосферы нашей планеты, способствуя удалению газообразного ксенона. Другие старые камни вполне могут рассказать ученым больше о зарождении магнитного поля. В Канаде, Австралии и Южной Африке есть камни, которые могут дать уникальное представление о формировании этого поля и его роли в создании на Земле пригодной для жизни жизни.
Для дополнительной информации
Исследователи нашли старейшее неоспоримое свидетельство существования магнитного поля Земли
Возможные эоархейские записи геомагнитного поля, сохранившиеся в супракрустальном поясе Исуа, юго-запад Гренландии
