«Эти новые знания о мантии Земли и сильномагнитном регионе в западной части Тихого океана могут пролить новый свет на любые наблюдения магнитного поля Земли», – говорит физик-минерал и первый автор д-р. Илья Купенко из Мюнстерского университета (Германия).
Новые результаты могут, например, иметь отношение к любым будущим наблюдениям магнитных аномалий 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, как на Земле.
Поэтому, возможно, теперь стоит более подробно рассмотреть его мантию. Исследование опубликовано в журнале "Nature".
Предпосылки и используемые методы:
Глубоко в металлическом ядре Земли именно жидкий железный сплав вызывает электрические потоки. В самой удаленной коре Земли горные породы вызывают магнитный сигнал. Однако в более глубоких областях недр Земли считалось, что породы теряют свои магнитные свойства из-за очень высоких температур и давлений.
Теперь исследователи внимательно изучили основные потенциальные источники магнетизма в мантии Земли: оксиды железа, которые имеют высокую критическую температуру – i.е. температура, выше которой материал перестает быть магнитным. В мантии Земли оксиды железа встречаются в плитах, которые погребены из земной коры дальше в мантию в результате тектонических сдвигов, процесса, называемого субдукцией. Они могут достигать глубины в недрах 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 в экстремальных условиях давления и температуры, обнаруженных в этой области.
Теперь ученые объединили два метода. Используя так называемую ячейку с алмазной наковальней, они сжимали образцы гематита из оксида железа микрометрического размера между двумя алмазами и нагревали их лазером до давления до 90 гигапаскалей и температуры более 1000 ° C (1300 K). Исследователи объединили этот метод с так называемой мёссбауэровской спектроскопией, чтобы исследовать магнитное состояние образцов с помощью синхротронного излучения. Эта часть исследования проводилась на синхротронной установке ESRF в Гренобле, Франция, и это позволило наблюдать изменения магнитного порядка в оксиде железа.
Неожиданным результатом было то, что гематит оставался магнитным до температуры около 925 ° C (1200 K) – температуры, преобладающей в субдуцированных плитах под западной частью Тихого океана на глубине переходной зоны Земли. «В результате мы можем продемонстрировать, что мантия Земли не так магнитно« мертва », как предполагалось до сих пор», – говорит проф. Кармен Санчес-Валле из Института минералогии Мюнстерского университета. «Эти результаты могут служить основанием для других выводов, касающихся 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. Предыстория: геомагнитные полюса Земли – не путать с географическими полюсами – постоянно перемещаются.
В результате этого движения они фактически меняли положение друг друга каждые 200 000–300 000 лет в новейшей истории Земли. Последний переворот полюсов произошел 780 000 лет назад, и в последние десятилетия ученые сообщают об ускорении движения магнитных полюсов Земли. Переворот магнитных полюсов окажет огромное влияние на современную человеческую цивилизацию.
Факторы, управляющие перемещением и переворотом магнитных полюсов, а также направления, которым они следуют во время переворота, пока 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 горных пород, не отражают путь миграции полюсов, измеренных на поверхности Земли, а происходят от неизвестного до сих пор электромагнитного источника гематитсодержащих пород в мантия Земли под западной частью Тихого океана.
«То, что мы теперь знаем – что там, в мантии Земли есть магнитоупорядоченные материалы – следует принимать во внимание в любом будущем анализе магнитного поля Земли и движения полюсов», – говорит соавтор профессор Проф.
Леонид Дубровинский в Баварском научно-исследовательском институте экспериментальной геохимии и геофизики Байройтского университета.