Земля — единственное каменистое тело во внутренней части Солнечной системы с сильными магнитными полюсами. Но откуда берутся эти полюса и что они делают?
Земля уникальна в Солнечной системе по ряду причин: это единственная планета с кислородной атмосферой, пригодной для дыхания, она покрыта жидкой водой и единственное известное нам небесное тело, на котором существует жизнь. Однако часто упускаемая из виду характеристика, которая делает нашу планету особенной, заключается в том, что это единственное каменистое тело во внутренней части Солнечной системы с сильными магнитными полюсами — на Марсе ваш компас был бы бесполезен.
Почему у Земли есть магнитные полюса и что они делают?
Чтобы ответить на эти вопросы, начнем с путешествия в центр нашей планеты.
Ядро Земли разделено на два слоя: твердое внутреннее ядро и внешнее ядро из расплавленного металла. Оба слоя состоят из смеси магнитного железа и никеля с небольшим количеством более легких элементов, таких как кислород, кремний и сера.
Внутреннее ядро чрезвычайно плотное и горячее, как гигантский раскаленный мрамор. Но внешнее ядро жидкое и вращается вокруг этой твердой массы собственным конвективным потоком. Именно эта постоянная конвекция генерирует магнитное поле Земли, рассказал геофизик из Университета Рочестера в Нью-Йорке Джон Тардуно.
Поскольку тепло от внутреннего ядра постоянно излучается во внешнее ядро, оно встречается с материалом, охлажденным тектонической активностью плит. Этот цикл вызывает конвекцию, порождающую так называемое геодинамо, создающее магнитное поле.
Другие планеты, такие как Марс и Венера, не имеют магнитных полей, отчасти потому, что на них отсутствует тектоника плит. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что на этих планетах когда-то могли быть самоподдерживающиеся геодинамо, но они прекратились по неизвестным причинам. У Меркурия действительно слабое магнитное поле, но оно всего на 1,1% сильнее земного и не защищает планету от солнечной радиации.
Поскольку жидкий металл во внешнем ядре Земли течет, его движение и высокое содержание железа заставляют планету действовать как огромный диполярный магнит с одним отрицательно заряженным полюсом и одним положительно заряженным полюсом. Около 80% магнитного поля Земли организовано таким образом, но оставшиеся 20% недиполярны. Вместо того, чтобы образовывать параллельные полосы магнитной силы, существуют определенные области, где поле закручивается и завихряется, ведя себя «как погодные условия, которые как бы плавают вокруг», сказал Тардуно.
Эти нерегулярные узоры создают странные пятна в магнитном поле — такие места, как Южно-Атлантическая аномалия, большая полоса Атлантического океана, где интенсивность магнитосферы Земли резко падает. Исследователи полагают, что эта «вмятина» в магнитном поле возникает из-за необычной тектонической активности под Африкой. Такие районы, как Южно-Атлантическая аномалия, интересны, но они также вызывают беспокойство по нескольким причинам.
«Магнитосфера подобна защитной оболочке», — рассказал Джошуа Фейнберг, геолог, специализирующийся на палеомагнетизме в Университете Миннесоты. «Она помогает отклонять огромное количество опасной солнечной радиации от Земли, действуя как слой солнцезащитного крема по всей планете. В районах со слабой магнитосферой просачиваются дополнительные дозы радиации, что потенциально способствует более высокому уровню заболеваемости раком кожи».
«Еще одна проблема – влияние на спутники», – сказал Тардуно. «Всплески солнечной радиации, называемые выбросами корональной массы, могут вывести из строя спутники и другие космические корабли, если они не защищены магнитным полем Земли. Это может иметь катастрофические последствия для телекоммуникаций, доступа в Интернет и услуг GPS в районах, подверженных аномалиям».
Южно-Атлантической аномалии может быть 11 миллионов лет, и она может быть связана с другим явлением планетарного магнитного поля: сменой полюсов.
История магнитного поля Земли записана в древних потоках лавы и глубоководных отложениях. Эти типы скального материала богаты фрагментами магнитных металлов, такими как крошечные кусочки железа, которые ориентируются вдоль силовых линий магнитного поля.
«В конце концов, это первоначальное выравнивание закрепляется в отложениях, и мы получаем записи глубокого времени о том, как было ориентировано магнитное поле Земли», — сказал Фейнберг.
Из этих записей ученые знают, что магнитные полюса нашей планеты с течением времени смещаются. В настоящее время географический Северный полюс находится примерно в 310 милях (500 километрах) от соответствующего магнитного полюса (который на данный момент технически является магнитным югом). По данным НАСА, примерно каждые 300 000 лет полюса внезапно меняются местами, меняя местами магнитный север и юг.
Однако палеогеомагнитные данные показывают, что полной смены полюсов не произошло примерно за 780 000 лет . Некоторые исследователи считают, что это означает, что нас ждет резкий поворот – и что сила Южно-Атлантической аномалии может указывать на то, что он близок.
Если полюса поменяются местами, магнитное поле Земли упадет до 20%, возможно, на столетия. Такое событие повергло бы нашу нынешнюю глобальную систему коммуникаций в беспорядок. Однако другие исследования показывают, что переворот не является неизбежным.
В любом случае, сказал Фейнберг, изучение недр нашей планеты и палеогеомагнитных данных поможет нам понять сложное взаимодействие между магнитосферой и жизнью на Земле — и, возможно, поможет нам подготовиться к будущим изменениям.
Что произойдет, если магнитное поле Земли исчезнет?
Большее количество заряженных солнечных частиц будет бомбардировать планету, выводя из строя энергосети и спутники и увеличивая воздействие на человека более высоких уровней вызывающего рак ультрафиолетового излучения. Другими словами, отсутствие магнитного поля будет иметь последствия, которые будут проблематичными, но не обязательно апокалиптическими, по крайней мере, в краткосрочной перспективе.
И это хорошая новость, потому что уже более века оно ослабевает. Но даже если оно довольно сильно ослабнет, оно не исчезнет — по крайней мере, в течение миллиардов лет.