Жидкое железо во внешнем ядре Земли не всегда ведет себя так, как ожидается. Когда оно изменило направление непонятным образом, спутники ESA предоставили данные о направлении потока, что помогло ученым понять лучше динамику в центре нашей планеты.
Изменение направления движения ядра
Расплавленное ядро, вращающееся примерно на глубине 2200 км под нашими ногами, генерирует геомагнитное поле Земли во время своего движения. Измеряя небольшие изменения в магнитном поле, ученые ранее приходили к выводу, что ядро в основном движется на запад. Но в 2010 году оно неожиданно изменило направление глубоко под Тихим океаном и начало интенсивно двигаться на восток. Причины этого непонятного обратного движения расплавленного материала до сих пор остаются загадкой. Но спутники, включая Swarm и CryoSat ESA, предоставили данные, которые теперь опубликованы в Journal of Studies of Earth’s Deep Interior.
В исследовании проанализированы как наземные наблюдения, так и данные миссий Swarm, Cryosat ESA, CHAMP и Ørsted за период с 1997 по 2025 год. Результаты показали, что в 2010 году обширная область железосодержащей жидкости под экваториальным Тихим океаном перешла от слабого движения на запад к интенсивному движению на восток.
Движение ядра и генерация магнитного поля
Ранее считалось, что система внешнего ядра движется относительно стабильно – это резкое изменение потока свидетельствует о том, что это не всегда так. Исследование дает представление о турбулентных процессах, генерирующих магнитное поле Земли, и намекает на возможные связи между динамикой внешнего ядра и изменениями, происходящими глубже внутри планеты.
Главный автор исследования Фредерик Даль Мадсен из Эдинбургского университета сказал: «Крупномасштабная циркуляция под Тихим океаном поднимает новые вопросы о поведении глубоких слоев Земли. Теперь ученые хотят понять, является ли это обратное движение кратковременной флуктуацией, частью повторяющейся осцилляции или новым стабильным равновесием циркуляции ядра. Дальнейшее наблюдение будет необходимо, чтобы определить, как поток будет развиваться в последующие годы.
Магнитное поле Земли генерируется движением в жидком наружном ядре, где электропроводящее расплавленное железо циркулирует вокруг твердого внутреннего ядра. Это геодинамо постоянно развивается, но многие его длительные потоковые модели кажутся относительно стабильными в течение десятилетий наблюдений.
Спутники Swarm фиксируют событие
Запущенные в 2013 году, три спутника Swarm несут высокочувствительные магнитометры, способные картировать магнитное поле Земли с исключительной точностью. Летя в тщательно скоординированных орбитах, спутники могут отделять происходящие из ядра магнитные сигналы от тех, которые образуются в коре, океанах, ионосфере и магнитосфере.
Эти наблюдения позволили исследователям воссоздать эволюционные схемы потоков на границе ядро — мантия и определить внезапные изменения, связанные с реверсом в Тихом океане и геомагнитным рывком 2017 года.
По словам руководителя миссии ESA Swarm Ании Стромме, долговременный набор данных, предоставленный Swarm, важен для этого исследования. Она отметила: «Хотя Swarm был запущен после драматического события реверса 2010 года, он предоставил высокоточные данные, рассказывающие нам о внутреннем ядре Земли в наступавший после этого период».
Важно, что Swarm обеспечивает непрерывное глобальное покрытие на протяжении многих лет, позволяя ученым отслеживать, как динамика ядра меняется с течением времени, а не полагаться только на наземные магнитные обсерватории. Длительные магнитные измерения со спутника позволяют исследователям следить за изменениями геодинамо почти в реальном времени и улучшать модели эволюции магнитного поля Земли. Предстоящие наблюдения из миссий, таких как Swarm, будут играть решающую роль.
Данные спутников также позволили исследователям выявить волнообразные ускорения и быстросменные текущие структуры, которые в противном случае могли остаться скрытыми в более шумных наборах данных. Исследование также свидетельствует о том, что восточный поток теперь может снова ослабевать по достижении пика несколько лет назад, что поднимает возможность того, что событие представляет временные колебания или является частью более длинного природного цикла в динамике ядра.
Понимание нашей Земной системы
Хотя эти процессы происходят глубоко под поверхностью Земли и не представляют опасности для людей или климата, они фундаментальны для понимания того, как работает наша планета. Движение жидкого железа во внешнем ядре генерирует магнитное поле Земли, защищающее планету от заряженных частиц, поступающих от Солнца. Без него атмосфера Земли и технологическая инфраструктура были бы более уязвимыми к вредному солнечному излучению.
Магнитное поле не постоянно. Оно медленно меняется с течением времени по мере развития потока ядра, влияя на все — от навигационных систем до работы космических аппаратов и моделей космической погоды вблизи Земли. Поэтому понимание того, как и почему меняется ядро, важно как научно, так и практично.
Это исследование поднимает интересные вопросы о том, как глубочайшие слои Земли динамически связаны между собой. По мере того как магнитное поле продолжает изменяться, спутниковые миссии предоставляют все более подробный обзор динамических процессов, происходящих глубоко в нашей планете, открывая, что ядро Земли может быть гораздо более переменным и сложным, чем считалось ранее.
По материалам phys.org
