Фото: ЕКА/АОЭС Медиалаборатория
Ученые зафиксировали, что колоссальный поток раскаленного жидкого металла, залегающий в недрах Земли под Тихим океаном, внезапно развернулся в противоположную сторону. Причины этого явления остаются неизвестными, однако наблюдения, выполненные с помощью спутников Европейского космического агентства, позволили составить беспрецедентно детальную картину процессов, происходящих вблизи центра планеты.
Магнитное поле Земли, согласно распространенной научной модели, формируется в гигантском океане перегретого жидкого железа, образующем внешнее ядро на глубине около 3000 километров. Расплавленная электропроводящая масса функционирует подобно вращающемуся ротору в динамо-машине, порождая переменные электрические токи и, как следствие, непрерывно эволюционирующее электромагнитное поле.
Внешнее ядро, состоящее из расплавленного железа, залегает на глубине около 2200 километров. Долгое время исследователи, изучавшие тонкие вариации геомагнитного поля, полагали, что основная масса этого жидкого слоя дрейфует исключительно в западном направлении.
Внезапный разворот под Тихим океаном
В 2010 году устоявшаяся картина была нарушена. Обширная область богатой железом жидкости в экваториальной части Тихого океана вместо слабого западного течения пришла в мощное движение на восток. Триггер этой резкой трансформации до сих пор не установлен.
Спутниковые системы, включая миссии ЕКА Swarm и CryoSat, предоставили исследователям возможность детально проанализировать произошедшее. Результаты работы были опубликованы в Журнале исследований недр Земли. В основу легли данные, собранные с 1997 по 2025 год, а также материалы немецкой миссии CHAMP и миссии Ørsted.
Проведенный анализ подтвердил, что в 2010 году огромная область железосодержащей жидкости ниже экваториальной зоны Тихого океана сменила слабый западный поток на мощное восточное течение. Причем новый поток оказался значительно интенсивнее прежнего.
Прежде считалось, что крупномасштабная циркуляция во внешнем ядре отличается высокой стабильностью. Однако столь быстрая перестройка, зафиксированная под Тихим океаном, заставляет предположить, что эта система способна эволюционировать гораздо стремительнее, чем полагали ранее. Полученные данные дают новые зацепки для понимания турбулентных движений, ответственных за генерацию магнитного поля планеты, а также могут указать на взаимосвязь между активностью во внешнем ядре и процессами, происходящими в более глубоких слоях Земли.
Ведущий автор исследования Фредерик Даль Мэдсен из Школы геологических наук Эдинбургского университета подчеркнул, что крупномасштабное изменение направления потока под Тихим океаном ставит новые вопросы о поведении земного ядра. Ученым предстоит выяснить, представляет ли собой этот разворот последовательное колебание, часть повторяющегося цикла или новую устойчивую конфигурацию основной циркуляции. Он также добавил, что для определения дальнейшего поведения потока решающее значение будет иметь постоянный мониторинг.
Возможные связи с внутренним ядром Земли
Мэдсен отметил, что построенная исследовательская модель указывает на ослабление мощного восточного потока под Тихим океаном начиная с 2020 года. Эти изменения, по его словам, согласуются с вариациями поведения внутреннего ядра, о которых можно судить по геодезическим и сейсмологическим данным. Ученые предполагают, что трансформации в глубинных недрах планеты могут быть связаны с изменениями потока под Тихим океаном.
Обнаружение расплавленного ядра из космоса
Геомагнитное поле Земли порождается движением жидкого внешнего ядра, где электропроводящее расплавленное железо циркулирует вокруг твердого внутреннего ядра. Этот механизм, известный как геодинамо, непрерывно меняется, однако многие его усредненные модели укладываются в принципы долговременной устойчивости.
В 2013 году ЕКА вывело на орбиту три спутника Swarm. Каждый аппарат оснащен магнитометрами высокой чувствительности, позволяющими измерять магнитное поле Земли с исключительной точностью. Благодаря тщательно скоординированным орбитам спутники могут выделять магнитные сигналы, идущие от ядра, исключая влияние земной коры, океанов, ионосферы и магнитосферы.
Эти измерения дают ученым возможность реконструировать изменяющуюся структуру потока на границе ядро-мантия. Они также позволили зафиксировать резкие изменения, связанные с разворотом течения под Тихим океаном и геомагнитным рывком 2017 года.
да.
По словам Ани Стромме, менеджера миссии Swarm ЕКА, длинный список исследований имел важное значение для исследований. Она отметила: «Хотя Swarm был запущен после драматических событий 2010 года, он использует высокоточные данные, которые говорят нам о внешней ядре Земли в последующий период.
«Важно, что Swarm обеспечивает непрерывность глобального покрытия в течение многих лет, благодаря ученым следам, как динамика ядра в течение времени, а не опирается только на наземные магнитные обсерватории. Длительные спутниковые магнитные измерения позволяют исследователям наблюдать за изменениями геодинамо практически в мгновение ока и улучшать модели эволюции магнитного поля Земли. Будущие наблюдения за такими миссиями, как Swarm, будут играть решающую роль».
Признаки возможного естественного цикла
Спутниковые измерения также выявили волнообразные ускорения и быстро меняющиеся структурные потоки, которые было бы трудно поддерживать в более зашумленных наборах данных.
Результаты показывают, что поток на восток сейчас, возможно, ослабевает после достижения его более высоких точек несколько лет назад. Это повышение защиты привело к тому, что разворот был временным или что он был частью более продолжительного естественного цикла внутри внешнего ядра.
Почему важный источник энергии Земли
Эти события происходят глубоко под поверхностью земли и не представляют опасности для людей или климата. Однако они имеют решающее значение для понимания того, как существует Земля.
Движение жидкого железа во внешнем ядре блокчейна создает магнитный поле, защищающее планету от заряженных частиц, испускаемых Солнцем. Без этого защитного поля атмосферы и технологических систем Земля столкнулась бы с гораздо большим воздействием вредной солнечной радиации.
Магнитное поле Земли постоянно меняется. По мере развития потока внутри ядра поле также постепенно смещается. Эти изменения могут внести вклад в навигационные системы, работу космических кораблей и модели, необходимые для изучения погоды в околоземном космосе. Поэтому изучение того, как и почему меняется внешнее значение, важно как для научных исследований, так и для практических приложений.
По словам Элизабетты Йорфиды, научного сотрудника миссии Swarm ЕКА, изменение направления Тихого океана бросает вызов идее о том, что стабильная циркуляция, направленная на запад, доминирует во внешнем мире. Она отметила: «Это исследование показывает, что международные изменения могут произойти быстро всего за десять лет. Результаты могут также помочь в изучении возможных взаимодействий между верхними ядрами Земли, внутренними источниками и нижней мантией и, следовательно, дать больше информации о границах ядра и мантии, которая является критической областью для нижней динамики Земли.
"Это исследование поднимает интригующие вопросы о том, как происходит самое глубокое понижение Земли с перемещением видимости. По мере того, как магнитное поле поднимается, спутниковые миссии обеспечивают все более подробные представления о движении процессов, разворачивающихся глубоко внутри нашей планеты, перемещения, что ядро Земли может быть гораздо более изменчивым и структурным, чем считалось ранее».