Моделирование показало, что во время предыдущих геологических эпох в мантии, часть которой была тогда еще жидкой, шли интенсивные конвективные потоки. В совокупности с предыдущими исследованиями, указывающими на высокую электропроводность силикатных расплавов при высоком давлении, это говорит о том, что за древнее магнитное поле Земли могла отвечать ее мантия. Это идет в разрез с господствующим представлением, согласно которому только потоки жидкого металла в ядре производят магнитное поле Земли и землеподобных планет. Статья опубликована в журнале Earth and Planetary Science Letters.
Недра Земли состоят из трех слоев — металлического ядра, твердой каменной мантии и тонкой коры. Ядро, в свою очередь, делится на твердое внутреннее и жидкое внешнее, и именно потоки, возникающие из-за теплообмена твердой и жидкой части продуцируют магнитное поле.
Проблема в том, что твердое внутренне ядро образовалось не ранее, чем 1,5 миллиарда лет назад, в то время как недавние исследования показывают, что магнитное поле существовало уже 4,2 миллиарда лет назад. Это называют Новым парадоксом ядра, который ранее уже пытался объяснить ученый из Японии.
Исследование Николаса Бланка (Nicolas A.Blanc) из Института геофизики и физики планет обобщает ряд недавно опубликованных идей и при помощи моделирования подтверждает возможность генерации магнитного поля не ядром, а мантией. Долгое время ученые не рассматривали такую возможность, поскольку исходили из того, что мантия застыла почти сразу после образования Земли, и только в 2007 году французские исследователи предположили, что нижняя треть мантии долгое время представляла собой базальтовый океан.
Но оставались другие препятствия для принятия теории базальтового динамо. Для его запуска жидкость должна быть проводящей, а в нормальных условиях кремниевые породы практически не проводят ток. В лабораторных условиях воспроизвести экстремальные температуру и давление земных недр невозможно, поэтому в 2017 году ученые с использованием квантовых устройств вычислили электропроводность диоксида кремния, и она оказалось достаточной для динамо-эффекта.
Наконец, для вырабатывания магнитного поля потоки должны быть очень мощными, для чего нужен интенсивный теплообмен. Кристаллизация и плавление являются эффективными способами передавать тепло. Именно из-за этого тающий кубик льда охлаждает напиток сильнее, чем камень или железо, лежавшие в том же морозильнике. Внутри же земного базальтового океана кристаллизуется сам базальт, передавая свое тепло из центра наружу. Для количественного исследования этого процесса группа Николаса Бланка построила термо-химико-динамическую модель земных недр. По их расчетам, тепловой поток мощностью в пару десятков тераватт сквозь мантию действительно был способен запустить конвективные потоки жидких пород, а следовательно — создать магнитное поле.
Глубины Земли недоступны для прямого наблюдения, и в их исследовании приходится опираться на косвенные методы, в первую очередь, на распространение звуковых волн. Изучая их, ученые смогли обнаружить подземные горы и измерить скорость роста ядра.
Василий Зайцев