Ми навчилися відправляти зонди за межі Сонячної системи, але при цьому майже нічого не знаємо про те, що відбувається глибоко під нашими ногами. Людство не пробурило навіть тонку земну кору, тож уся інформація про надра планети надходить опосередковано — з геофізики, сейсмічних хвиль і магнітних вимірювань. Відомо лише загальне: кора, мантія, рідке зовнішнє ядро та тверде внутрішнє ядро. А от деталі взаємодії між цими шарами залишаються великою загадкою.
Нове дослідження проливає світло на одну з найважливіших зон усередині Землі — межу між мантією та ядром. І ключем до цього стала не бурова установка, а… магнітне поле планети.
Глибини, які створюють магнітний щит Землі
На глибині близько 3 000 кілометрів під поверхнею Землі знаходиться зовнішнє ядро — гігантський океан розплавленого залізного сплаву. Постійний рух цієї рідини створює геомагнітне поле, яке огортає планету й захищає її від небезпечного космічного випромінювання. Саме завдяки цьому «магнітному щиту» життя на Землі змогло зберегтися протягом мільярдів років.
Але для підтримки цього процесу — геодинамо — потрібна енергія. Вона надходить у вигляді тепла, яке поступово передається з ядра до мантії, а далі — до поверхні. Якби цей теплообмін зупинився, Земля могла б повторити долю Марса або Венери, які сьогодні майже не мають власного магнітного поля.
Загадкові «блоби» під Африкою та Тихим океаном
Сейсмічні дослідження давно показують дивну картину в нижній частині мантії. Під Африкою та Тихим океаном виявлені дві величезні області, де сейсмічні хвилі поширюються повільніше, ніж в інших місцях. Ці структури отримали назву «великі базальні структури нижньої мантії», або просто «блоби».
Вони складаються з твердих порід, схожих на навколишню мантію, але, ймовірно, є значно гарячішими або мають інший хімічний склад. Саме це і наштовхнуло вчених на думку: якщо ці зони тепліші, вони повинні впливати на рідке ядро під ними — а отже, і на магнітне поле Землі.
Камені як магнітні «флешки» минулого
Коли магматичні породи застигають на поверхні Землі, вони «запам’ятовують» напрямок магнітного поля в той момент. Саме так геологи дізнаються, яким було поле мільйони років тому. Зазвичай його напрям залежить від широти, але дослідники помітили дещо дивне: у породах віком до 250 мільйонів років напрям магнітного поля змінювався також залежно від довготи, особливо поблизу екватора.
Це виглядало так, ніби магнітне поле Землі мало стійкі «нерівності», пов’язані з певними ділянками планети. І ці ділянки підозріло збігалися з розташуванням загадкових блобів у мантії.
Суперкомп’ютери підтвердили здогад
Щоб перевірити гіпотезу, вчені використали суперкомп’ютерні моделі геодинамо. В одних симуляціях тепло з ядра передавалося рівномірно по всій межі з мантією. Такі моделі або не давали помітних відмінностей у магнітному полі, або ж приводили до хаотичного й нестабільного результату.
Натомість моделі, де в районах блобів тепло відводилося значно слабше — приблизно вдвічі менше, ніж в інших зонах, — показали зовсім іншу картину. Магнітне поле ставало більш стабільним і набувало характерних поздовжніх особливостей, дуже схожих на ті, що зафіксовані у стародавніх породах.
Як гарячі зони «екранують» магнітне поле
Схоже, що ці гарячі блоби діють як теплоізолятори. Вони заважають відтоку тепла з рідкого ядра, через що під ними утворюються відносно «спокійні» зони розплавленого металу. Оскільки саме рух рідини створює магнітне поле, такі застійні ділянки менше беруть участь у цьому процесі.
Більше того, ці області можуть частково «екранувати» магнітне поле — подібно до того, як металевий корпус заважає проходженню сигналу мобільного зв’язку. У результаті магнітне поле Землі набуває стійких, але нерівномірних характеристик.
Невидимі хранителі стабільності
За геологічну історію магнітне поле Землі не раз слабшало й переходило в хаотичні стани, але такі події були рідкісними, а відновлення відбувалося досить швидко. Моделі показують, що саме блоби можуть допомагати уникати повного колапсу поля, роблячи його більш стійким у довгостроковій перспективі.
Ми все ще не знаємо, як і коли з’явилися ці гігантські структури в мантії. Але цілком можливо, що саме вони відіграли ключову роль у збереженні магнітного щита планети — і, зрештою, умов для життя на Землі. Іронічно, але ці приховані глибоко під нами утворення можуть бути одними з найважливіших «охоронців» нашого світу.
