Последний ледниковый период Земли мог быть вызван изменениями глубоко внутри планеты. Основываясь на данных из Тихого океана, включая положение Гавайских островов, геофизики из Университета Райса определили, что Земля сместилась относительно своей оси вращения за последние 12 миллионов лет, что заставило Гренландию сместиться достаточно далеко к северному полюсу, чтобы начать ледниковый период, начавшийся примерно 3,2 миллиона лет назад.
Их исследование, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters, основано на анализе следов окаменелостей из глубоководных отложений океана, магнитных подписей океанической коры и положения «горячей точки» мантии, создавшей Гавайские острова. Соавторы Ричард Гордон и Дэниел Вудворт заявили, что данные свидетельствуют о том, что Земля постоянно вращалась в течение миллионов лет, прежде чем сместиться относительно своей оси вращения, эффект, который геофизики называют «истинным полярным блужданием».
«Гавайская горячая точка была зафиксирована относительно оси вращения примерно от 48 миллионов лет назад до примерно 12 миллионов лет назад, но она была зафиксирована на более северной широте, чем мы находим ее сегодня», - сказал Вудворт., аспирант кафедры наук о Земле, окружающей среде и планетах Райс. «Сравнивая гавайскую горячую точку с остальной частью Земли, мы видим, что это изменение местоположения отразилось на остальной части Земли и наложилось на движение тектонических плит. Это говорит нам о том, что вся Земля сдвинулась относительно к оси вращения, что мы интерпретируем как истинное полярное блуждание».
По объему Земля состоит в основном из мантии, толстого слоя твердой породы, которая течет под сильным давлением и жарой. Мантия покрыта взаимосвязанной головоломкой скалистых тектонических плит, которые скользят по ней, ударяясь и скользя друг о друга на сейсмически активных границах. Горячие точки, подобные той, что находится под Гавайями, представляют собой шлейфы горячих твердых пород, которые поднимаются из глубины мантии.
Гордон, В. М. Кек, профессор наук о Земле, окружающей среде и планетологии, сказал, что новые результаты основаны на двух исследованиях 2017 года: одно из его лаборатории, которое показало, как использовать горячие точки в качестве глобальной системы отсчета для отслеживания движения тектонических плит, а другое из Гарвардского университета, впервые связал истинное полярное странствие с началом ледникового периода.
«Мы берем эти горячие точки как отмеченные следы шлейфов, исходящих из глубокой мантии, и используем их в качестве нашей системы отсчета», - сказал он. «Мы думаем, что вся глобальная сеть горячих точек была зафиксирована относительно оси вращения Земли по крайней мере за 36 миллионов лет до этого сдвига».
Как и любой вращающийся объект, Земля подвержена действию центробежной силы, которая тянет за собой жидкие внутренности планеты. На экваторе, где эта сила наиболее сильна, Земля более чем на 26 миль больше в диаметре, чем на полюсах. Гордон сказал, что истинное полярное блуждание может произойти, когда плотные, очень вязкие бугорки мантии накапливаются на широтах вдали от экватора.
"Представьте, что у вас очень, очень холодный сироп, и вы кладете его на горячие блины", - сказал Гордон. «Когда вы его наливаете, в центре у вас временно образуется небольшая кучка, которая не выравнивается мгновенно из-за вязкости холодного сиропа. Мы думаем, что плотные аномалии в мантии похожи на эту временную кучку, только В нижней мантии вязкость намного выше. Как и сироп, он в конечном итоге деформируется, но для этого требуется очень, очень много времени».
Если мантийные аномалии достаточно массивны, они могут разбалансировать планету, и экватор будет постепенно смещаться, приближая избыточную массу к экватору. Планета по-прежнему совершает один оборот каждые 24 часа, и истинное полярное блуждание не влияет на наклон оси вращения Земли относительно Солнца. Перераспределение массы к новому экватору действительно меняет полюса Земли, точки на поверхности планеты, где возникает ось вращения.
Вудворт сказал, что данные о горячих точках с Гавайских островов являются одним из лучших доказательств того, что истинное полярное блуждание было причиной того, что полюса Земли начали двигаться 12 миллионов лет назад. Цепочки островов, подобные гавайским, образуются, когда тектоническая плита пересекает горячую точку.
«Настоящее полярное блуждание не должно изменять следы горячих точек, потому что следы горячих точек - это запись движения платформы относительно горячих точек», - сказал Вудворт.
Гордон сказал: «Это был сдвиг всего на 3 градуса, но он привел к тому, что мантия ушла под тропическую часть Тихого океана и сместилась на юг, и в то же время он сместил Гренландию и части Европы и Северной Америки на север. Это могло вызвать то, что мы называем ледниковым периодом».
Земля все еще находится в ледниковом периоде, который начался около 3.2 миллиона лет назад. Полюса Земли были покрыты льдом на протяжении веков, а толстые ледяные щиты периодически растут и отступают от полюсов в циклах, которые повторялись более 100 раз. Во время этих ледниковых циклов лед простирался на юг до Нью-Йорка и Йеллоустонского национального парка. Земля сегодня находится в межледниковом периоде, когда лед отступил к полюсам.
Гордон сказал, что истинное полярное блуждание - это не просто изменение положения магнитных полюсов Земли. Когда планета вращается, ее железное ядро создает магнитное поле с «северным» и «южным» полюсами вблизи оси вращения. Полярность этого поля меняется несколько раз за миллион лет, и эти изменения полярности записываются в магнитных сигнатурах горных пород по всему миру. Палеомагнитные записи, которые часто используются для изучения движения тектонических плит по поверхности Земли, содержат множество случаев «кажущегося полярного блуждания», которое отслеживает движение оси вращения и включает эффекты как движения плит, так и истинного полярного блуждания. - сказал Гордон.
Он сказал, что мантия Земли постоянно меняется, поскольку новый материал постоянно входит и выходит из тектонических плит. Опускание и повторное использование плит посредством субдукции дает возможное объяснение высоковязких аномалий мантии, которые, вероятно, вызывают истинное полярное блуждание.
"На уроках я часто демонстрирую это с помощью свинцовых грузиков и плоскогубцев", - сказал Гордон. «Свинец легко деформировать плоскогубцами, и он не ломкий. Он не трескается и не разлетается на части, когда выходит из строя. Это довольно хорошая аналогия с течением мантии, потому что именно так силикатная порода деформируется под сильным нагревом и давлением».
Он и Вудворт работают с коллегами, чтобы расширить свой анализ, как с 12 миллионов лет назад до настоящего времени, так и дальше в прошлое, чем 48-миллионная начальная дата в недавно опубликованном исследовании.