Огромное магнитное поле, которое окружает Землю, защищая ее от радиации и заряженных частиц из космоса, и которое многие животные даже используют для целей ориентации, постоянно меняется, поэтому ученые-геологи постоянно держат его под наблюдением. Старыми хорошо известными источниками магнитного поля Земли являются земное ядро - до 6000 километров вглубь Земли - и земная кора: другими словами, земля, на которой мы стоим. С другой стороны, мантия Земли, простирающаяся от 35 до 2 900 километров ниже поверхности Земли, до сих пор считалась «магнитно мертвой». Международная группа исследователей из Германии, Франции, Дании и США продемонстрировала, что форма оксида железа, гематит, может сохранять свои магнитные свойства даже глубоко в мантии Земли. Это происходит в относительно холодных тектонических плитах, называемых плитами, которые находятся особенно под западной частью Тихого океана.
«Эти новые знания о мантии Земли и сильно магнитной области в западной части Тихого океана могут пролить новый свет на любые наблюдения магнитного поля Земли», - говорит физик-минераловед и первый автор доктор Илья Купенко из Университета им. Мюнстер (Германия). Новые результаты могут, например, иметь отношение к любым будущим наблюдениям за магнитными аномалиями на Земле и на других планетах, таких как Марс. Это связано с тем, что на Марсе больше нет динамо-машины и, следовательно, нет источника, позволяющего создавать сильное магнитное поле, исходящее из ядра, такое как на Земле. Поэтому, возможно, теперь стоит более подробно взглянуть на его мантию. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Предыстория и используемые методы:
Глубоко в металлическом ядре Земли жидкий сплав железа запускает электрические потоки. В самой внешней коре Земли камни вызывают магнитный сигнал. Однако считалось, что в более глубоких недрах Земли горные породы теряют свои магнитные свойства из-за очень высоких температур и давлений.
Теперь исследователи более внимательно изучили основные потенциальные источники магнетизма в мантии Земли: оксиды железа, которые имеют высокую критическую температуру, то есть температуру, выше которой материал перестает быть магнитным. В мантии Земли оксиды железа встречаются в плитах, которые погребены от земной коры дальше в мантию в результате тектонических сдвигов, процесса, называемого субдукцией. Они могут достигать глубины недр Земли от 410 до 660 километров - так называемой переходной зоны между верхней и нижней мантией Земли. Однако ранее никому не удавалось измерить магнитные свойства оксидов железа при экстремальных условиях давления и температуры, характерных для этого региона..
Теперь ученые объединили два метода. Используя так называемую ячейку с алмазными наковальнями, они зажали микрометровые образцы гематита оксида железа между двумя алмазами и нагрели их с помощью лазеров до давления до 90 гигапаскалей и температуры более 1000 ° C (1300 K).). Исследователи объединили этот метод с так называемой мессбауэровской спектроскопией для исследования магнитного состояния образцов с помощью синхротронного излучения. Эта часть исследования проводилась на синхротронной установке ESRF в Гренобле, Франция, что позволило наблюдать изменения магнитного порядка в оксиде железа.
Удивительным результатом было то, что гематит оставался магнитным вплоть до температуры около 925 °C (1200 K) - температуры, преобладающей в субдуктированных плитах под западной частью Тихого океана на глубине переходной зоны Земли..«В результате мы можем продемонстрировать, что мантия Земли не настолько магнитно «мертвая», как предполагалось до сих пор», - говорит профессор Кармен Санчес-Валле из Института минералогии Мюнстерского университета. «Эти результаты могут оправдать другие выводы, касающиеся всего магнитного поля Земли», - добавляет она.
Актуальность для исследований магнитного поля Земли и движения полюсов
Используя спутники и изучая горные породы, исследователи наблюдают за магнитным полем Земли, а также за локальными и региональными изменениями магнитной силы. Справочная информация: геомагнитные полюса Земли - не путать с географическими полюсами - постоянно движутся. В результате этого движения они фактически менялись положением друг с другом каждые 200 000-300 000 лет в новейшей истории Земли. Последний переворот полюсов произошел 780 000 лет назад, а в последние десятилетия ученые отмечают ускорение движения магнитных полюсов Земли. Смена магнитных полюсов оказала бы глубокое влияние на современную человеческую цивилизацию. Факторы, управляющие движением и переворотом магнитных полюсов, а также направления, которым они следуют при переворачивании, еще не изучены.
Один из маршрутов полюсов, наблюдаемых во время переворотов, проходит над западной частью Тихого океана, что очень заметно соответствует предполагаемым источникам электромагнитного излучения в мантии Земли. Поэтому исследователи рассматривают возможность того, что магнитные поля, наблюдаемые в Тихом океане с помощью записей о горных породах, не представляют собой маршрут миграции полюсов, измеренный на поверхности Земли, а происходят от неизвестного до сих пор электромагнитного источника гематитсодержащих пород в мантии Земли под западной частью Тихого океана.
«То, что мы теперь знаем - что там, внизу, в мантии Земли, есть магнитоупорядоченные материалы - должно быть принято во внимание при любом будущем анализе магнитного поля Земли и движения полюсов», - говорит соавтор. автор проф. Леонид Дубровинский в Баварском научно-исследовательском институте экспериментальной геохимии и геофизики Байройтского университета.