Рідке залізо у зовнішньому ядрі Землі не завжди поводиться так, як очікується. Коли воно змінило напрямок незрозумілим чином, супутники ESA надали дані про напрямок потоку, що допомогло науковцям краще зрозуміти динаміку в центрі нашої планети.
Зміна напрямку руху ядра
Розплавлене ядро, яке обертається приблизно на глибині 2200 км під нашими ногами, генерує геомагнітне поле Землі під час свого руху. Вимірюючи невеликі зміни у магнітному полі, науковці історично робили висновок, що ядро здебільшого рухається на захід. Але 2010 року воно несподівано змінило напрямок глибоко під Тихим океаном і почало рухатися інтенсивно на схід. Причини цього незрозумілого зворотного руху розплавленого матеріалу досі залишаються таємницею. Але супутники, включаючи Swarm та CryoSat ESA, надали дані, які тепер опубліковані в Journal of Studies of Earth’s Deep Interior.
Дослідження аналізує як наземні спостереження, так і дані місій Swarm, Cryosat ESA, CHAMP та Ørsted у період із 1997 по 2025 рік. Результати показали, що у 2010 році велика область залізовмісної рідини під екваторіальним Тихим океаном перейшла від слабкого руху на захід до інтенсивного руху на схід.
Рух ядра та генерація магнітного поля
Раніше вважалося, що система зовнішнього ядра рухається відносно стабільно — ця різка зміна потоку свідчить про те, що це не завжди так. Дослідження надає уявлення про турбулентні процеси, які генерують магнітне поле Землі, й натякає на можливі зв’язки між динамікою зовнішнього ядра та змінами, що відбуваються глибше всередині планети.
Головний автор дослідження, Фредерік Даль Мадсен з Університету Единбурга, сказав: «Великий за масштабами оберт потоку під Тихим океаном ставить нові питання щодо поведінки глибокого внутрішнього середовища Землі. Тепер науковці хочуть зрозуміти, чи є цей зворотний рух короткочасною флуктуацією, частиною повторюваної осциляції чи новою стабільною рівновагою циркуляції ядра. Подальше спостереження буде необхідним, щоб визначити, як потік розвиватиметься в наступні роки.
Магнітне поле Землі генерується рухом у рідкому зовнішньому ядрі, де електропровідне розплавлене залізо циркулює навколо твердого внутрішнього ядра. Це геодинамо постійно розвивається, але багато його довготривалих потокових моделей здаються відносно стабільними протягом десятиліть спостережень.
Супутники Swarm фіксують подію
Запущені у 2013 році, три супутники Swarm несуть високо чутливі магнітометри, здатні знімкувати магнітне поле Землі з винятковою точністю. Летячи у ретельно скоординованих орбітах, супутники можуть відокремлювати магнітні сигнали, що походять з ядра, від тих, що утворюються в корі, океанах, іоносфері та магнітосфері.
Ці спостереження дозволили дослідникам відтворити еволюційні схеми потоків на межі ядро —мантія та визначити раптові зміни, пов’язані з реверсом у Тихому океані та геомагнітним ривком 2017 року.
За словами керівника місії ESA Swarm Анії Стромме, довготривалий набір даних, наданий Swarm, є важливим для цього дослідження. Вона зазначила: «Хоча Swarm був запущений після драматичної події реверсу 2010 року, він надав високоточні дані, які розповідають нам про внутрішнє ядро Землі у період, що наставав після цього».
Важливо, що Swarm забезпечує безперервне глобальне покриття протягом багатьох років, дозволяючи науковцям відстежувати, як динаміка ядра змінюється з часом, а не покладатися лише на наземні магнітні обсерваторії. Довготривалі магнітні вимірювання із супутника дозволяють дослідникам слідкувати за змінами геодинамо майже в реальному часі та покращувати моделі еволюції магнітного поля Землі. Майбутні спостереження з місій, таких як Swarm, відіграватимуть вирішальну роль.
Дані супутників також дозволили дослідникам виявити хвилеподібні прискорення та швидкозмінні поточні структури, які в іншому випадку могли залишитися прихованими у більш шумних наборах даних. Дослідження також свідчить про те, що східний потік тепер може знову слабшати після досягнення піка кілька років тому, що піднімає можливість того, що подія представляє тимчасові коливання або є частиною довшого природного циклу в динаміці ядра.
Розуміння нашої Земної системи
Хоча ці процеси відбуваються глибоко під поверхнею Землі й не становлять небезпеки для людей чи клімату, вони є фундаментальними для розуміння того, як працює наша планета. Рух рідкого заліза у зовнішньому ядрі генерує магнітне поле Землі, яке захищає планету від заряджених частинок, що надходять від Сонця. Без нього атмосфера Землі та технологічна інфраструктура були б значно більш уразливими до шкідливого сонячного випромінювання.
Магнітне поле не є постійним. Воно повільно змінюється з часом у міру розвитку потоку ядра, впливаючи на все — від навігаційних систем до роботи космічних апаратів та моделей космічної погоди поблизу Землі. Тому розуміння того, як і чому змінюється ядро, є важливим як науково, так і практично.
Це дослідження порушує цікаві питання про те, як найглибші шари Землі динамічно пов’язані між собою. У міру того як магнітне поле продовжує змінюватися, супутникові місії надають дедалі докладніший огляд динамічних процесів, що відбуваються глибоко в нашій планеті, відкриваючи, що ядро Землі може бути набагато більш змінним і складним, ніж вважалося раніше.
За матеріалами phys.org
