Магнитное поле дрожит, гравитация падает: Земля хранит память о моменте, когда её железное сердце потеряло часть себя

На протяжении миллиардов лет Земля хранит следы процессов, которые формировали её недра. Новая гипотеза учёных Ратгерского университета (США), опубликованная в журнале Nature, предлагает смелое объяснение одного из самых загадочных явлений геофизики — Южно-Атлантической аномалии.

Исследователи предполагают, что миллиарды лет назад из ядра планеты вытекло вещество, породившее гигантские структуры в нижней мантии. Именно они сегодня проявляются как зоны ослабленного магнитного поля и пониженной гравитации.

Что такое Южно-Атлантическая аномалия

Южно-Атлантическая аномалия охватывает обширную территорию — Южную Америку, Южную Африку и прилегающую часть Атлантического океана. Здесь наблюдается падение интенсивности магнитного поля и снижение силы тяжести.

Почему это важно для науки и техники? В этом регионе радиационные пояса Ван Аллена — области, где накапливаются заряженные частицы солнечного ветра, — опускаются до рекордных 200 километров. Из-за этого спутники, пролетающие над зоной, подвергаются повышенной радиации и вынуждены корректировать траектории, чтобы избежать повреждений электроники.

До сих пор происхождение этой аномалии оставалось предметом споров. Одни связывали её с процессами в жидком ядре, другие — с неоднородностями в мантии. Гипотеза американских геофизиков объединяет оба подхода, предлагая объяснение на уровне глубинной структуры планеты.

Выход вещества из ядра

Согласно модели, на ранних стадиях формирования Земли происходила дифференциация вещества — тяжёлые элементы оседали к центру, образуя железное ядро, а лёгкие оставались выше, формируя мантию. Учёные из Ратгерского университета предполагают, что в этот процесс вмешалась химическая реакция между железом, оксидом магния и диоксидом кремния.

Как возникла аномалия? При охлаждении эти соединения затвердевали быстрее железа и всплывали, образуя каналы, через которые часть вещества ядра выходила в нижнюю мантию. В результате формирующееся ядро "прорывалось" — словно в нём открылись дыры, через которые вытекали порции железосодержащего материала.

Остывшие массы застыли на границе ядра и мантии, образовав плотные сгустки вещества. Со временем именно эти структуры стали источником современных гравитационных и магнитных аномалий.

Почему след сохранился миллиарды лет? На таких глубинах царят давление в миллионы атмосфер и температуры свыше 4000 °C. В этих условиях вещество не рассеивается, а сохраняет устойчивую форму, создавая долгоживущие контрастные области, фиксируемые геофизическими приборами.

Две глубинные структуры и их роль

Моделирование показало, что на границе ядра и мантии находятся два плотных образования — геодинамические сгустки, расположенные примерно под Африкой и Тихим океаном. Их размеры достигают тысяч километров. Именно африканская структура коррелирует с областью ослабленного магнитного поля, наблюдаемого в Южной Атлантике.

Что фиксируют приборы? В этой зоне поле не только слабее, но и изменяется быстрее, чем в других регионах. Геофизики связывают это с взаимодействием жидкого внешнего ядра и твёрдых плотностных аномалий. Эти массы могут нарушать симметрию потоков расплавленного железа, создающего магнитное поле планеты.

"Обнаруженные нами структуры, по-видимому, представляют собой остатки раннего этапа эволюции ядра, сохранившиеся с момента его кристаллизации", — отмечают авторы исследования в Nature.

Таким образом, Южно-Атлантическая аномалия — не локальный сбой, а проявление глубинных процессов, начавшихся на заре истории планеты.

Геофизическая и климатическая перспектива

Исследователи подчёркивают, что "пробоина в ядре" не представляет угрозы: событие произошло в архее — более трёх миллиардов лет назад. С тех пор структура стабилизировалась, и ядро продолжает функционировать как генератор магнитного поля.

Можно ли считать это началом ослабления магнитного поля Земли? Пока нет. Учёные отмечают, что магнитное поле постоянно изменяется — его сила ослабевает и усиливается в течение тысячелетий. Южно-Атлантическая аномалия — лишь локальное проявление этих флуктуаций.

Однако остаются вопросы:

• связано ли текущее расширение аномалии с активностью глубинных сгустков;
• как эти зоны влияют на теплоперенос и движение вещества в мантии;
• могут ли подобные процессы возникать и на других планетах.

Эти темы станут предметом будущих исследований с использованием сейсмологических и магнитометрических данных.

Сравнение с другими планетами

Похожая ситуация могла происходить на Марсе и Меркурии. У Марса магнитное поле практически исчезло, возможно, из-за разрыва тепловых потоков в ядре. Если аналогичные процессы шли и на ранней Земле, её магнитное поле могло пережить критическую фазу, но затем восстановилось.

Что отличает Землю? Наличие жидкого внешнего ядра, способного поддерживать движение заряженного железа. Даже после древнего "прорыва" потоки расплава продолжили циркуляцию, сохранив магнитодинамику планеты.

Научное значение гипотезы

Гипотеза американских геофизиков объединяет несколько дисциплин — геохимию, сейсмологию, термодинамику ядра и планетологию. Она предлагает правдоподобный механизм образования двух плотностных аномалий, известных по сейсмическим данным, и впервые связывает их с происхождением Южно-Атлантической аномалии.

Если теория подтвердится, она изменит понимание ранней эволюции Земли: ядро могло быть не цельным с самого начала, а формировалось в несколько этапов, сопровождаемых утечками вещества. Это объясняет различия в составе нижней мантии и помогает уточнить историю магнитного поля.

Что если подобные процессы продолжаются сейчас, но в микромасштабе? Тогда Южно-Атлантическая аномалия может служить индикатором внутренней активности планеты.