Как и когда у Земли появились железное ядро и магнитное поле?

Установлено, что со скоростью 55 км в год северный магнитный полюс нашей планеты с Канады смещается к архипелагу Северная Земля, и этот процесс не останавливается. Как полагают ученые, в жидкой части земного ядра происходит что-то неизведанное, что повлечет за собой через некоторое время смену полюсов.

Почему у Земли железное ядро

Ядро Голубой планеты видится специалистам ключом к разгадке многих космических тайн. Ядро является источником магнитного поля — наиважнейшего компонента возникновения жизни. Оно же даст ответы на вопросы о появлении планет земной группы.

Какие факты свидетельствуют о том, что ядро Земли состоит из железа? Во-первых, это магнитное поле, которое, например, мантия создать не могла из-за слишком слабой проводимости электрического тока, но это может обеспечить проводящая жидкость. Вывод: некоторая часть ядра находится в жидком состоянии, а железо — один из самых распространенных элементов в нашей звездной системе, о чем говорит его высокое содержание в найденных на Земле метеоритах.

Внешняя часть ядра не пропускает упругие S-волны, что указывает на её жидкую консистенцию, внутренняя же, радиус которой равен 1221 км, туго эти волны распространяет — значит, она твердая. Граница этих двух слоев определяется довольно легко, точно так же, как граница между ядром и нижней мантией.

Помимо железа, как основной составляющей земного ядра, там присутствуют в небольших долях ещё никель, кремний, сульфиды и кислород. А по некоторым показаниям прохождения сейсмических волн можно судить о том, что ядро имеет немного большую скорость вращения, чем у мантии и коры.

До сих пор специалисты так и не пришли к единому мнению по поводу ряда вопросов относительно ядра Земли: Когда и как образовалось? Какова там температура? Где источник энергии? И почему оно вообще образовалось внутри планеты?

Сравнение эволюций Земли и Венеры

Эти две планеты часто называют близнецами из-за почти что идентичных показателей массы и размеров. Но условия разнятся кардинальным образом. Если Земля обладает магнитным полем, атмосферой и биосферой, но у Венеры из этого списка есть только загрязненная атмосфера, заполненная облаками из серной кислоты. Почему такие различия?

Земля и Венера — выходцы из одной части газопылевой туманности, сформировавшейся вокруг Солнца. Зародыши планет начали притягивать к себе материал, быстро набирая вес, а затем последовали разогрев и плавление. Вещество разделялось на фракции: тяжелые элементы оседали внутри, легкие же устремились наверх.

Исследовательская группа из Германии, Японии и Франции считает, что расслоение подобных Земле космических объектов — процесс, отличающийся стабильностью и равномерностью, и каждый из этих слоев оказывается в итоге однородным. А чтобы оно стало двухслойным и неоднородным, должно было произойти столкновение с массивным небесным телом, одна часть вещества которого таким образом оказалась в недрах Земли, а другая отошла на орбиту, став материалом для формирования Луны. В результате мощного удара внутренний состав нашей планеты перемиксовался, что привело к частичному плавлению ядра.

Что касается Венеры, то ей повезло или же не повезло пройти свой эволюционный путь без аналогичных космических ДТП, поэтому расслоение её завершилось как и должно было. Появилось твердое железное ядро, которое не способно создать магнитное поле.

Но это лишь одна из версий. Есть и другая, повествующая о неожиданной кристаллизации железного расплава. Но для этого требуется остывание до 1000 Кельвинов, что считается учеными невозможным событием. Поэтому, констатировали эксперты, зародыши кристаллизации попали в ядро извне, и, как вариант, это могла быть нижняя мантия. Речь идёт о довольно крупных фрагментах железа, но совершенно непонятно, как они там могли появиться.

Дать подсказку могут, возможно, древние железистые кварциты, находящиеся на поверхности Земли. Около трех миллиардов лет назад именно эти породы сформировали дно океанов, которое вследствие движения плит провалилось в мантию, а потом и в ядро.

Формирование магнитного поля Земли

Проанализировав соотношение радиоактивных изотопов свинца, планетологи установили, что возраст земного ядра составляет около 4,5 млрд лет. С определением возраста магнитного поля уже не так все просто.

Как показывает модель геодинамо, для существования магнитного поля требуется проводящая жидкость с перемешиванием при вращении. Но тут в игру вступает один момент: магнитное поле у быстро вращающихся жидкостей все равно со временем угасает, а у Земли его интенсивность не изменилась, судя по геологическим данным. Всё говорит в пользу наличия какого-то мощного источника энергии, поддерживающего магнитное поле активным так долго.

Это может быть либо температурная конвенция, происходящая при условии того, что внутреннее ядро горячее внешнего, либо композиционная конвекция — перемещение элементов из одной части в другую, означающее постепенное увеличение твердой части ядра. Но для полного остывания потребуется не один миллиард лет, так что бояться не нужно.