Геомагнитное поле представляет собой структуру, находящуюся в вечном движении. Долгое время ученые думали, что происхождение магнитного поля Земли находится только в ядре и земной коре. Однако недавние анализы гематита показали, что он сохраняет свои магнитные свойства внутри мантии Земли, таким образом, представляя собой третий потенциальный источник геомагнитного поля.
Магнитное поле, которое окружает Землю, защищая ее от космического излучения и частиц, постоянно меняется, поэтому геофизики постоянно следят за ним. Известными источниками магнитного поля Земли являются земное ядро - до 6000 километров в глубину - и земная кора. Между тем мантия Земли, простирающаяся от 35 до 2900 километров ниже поверхности Земли, до сих пор считалась в значительной степени «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 в основном под западной частью Тихого океана.
«Эти новые знания о мантии Земли и высокомагнитном регионе западной части Тихого океана могут пролить свет на любые наблюдения за магнитным полем Земли», - говорит физик Илья Купенко из Мюнстерского университета (Германия).. Новые результаты могут, например, иметь отношение к любым будущим наблюдениям магнитных аномалий на Земле и других планетах, таких как Марс.
Действительно, Марс больше не имеет внутреннего динамо и, следовательно, больше не имеет источника для создания мощного магнитного поля из ядра, такого как у Земли. Так что сейчас может быть полезно более подробно рассмотреть его пальто. Исследование было опубликовано в журнале Nature.
Гематит: сохраняет свои магнитные свойства в мантии Земли
В металлическом ядре Земли находится сплав жидкого железа, запускающий электрические потоки. Во внешней коре земли горные породы производят магнитный сигнал. Однако считалось, что в более глубоких областях недр Земли породы теряют свои магнитные свойства из-за очень высоких температур и давлений.
Исследователи теперь 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 земной мантии оксиды железа обнаруживаются в плитах, захороненных в земной коре, глубже в мантию, в результате тектонических сдвигов (процесс, называемый субдукцией)..
Они могут достигать глубины от 410 до 660 километров внутри Земли - переходной зоны между верхней и нижней мантией Земли. Однако ранее никому не удавалось успешно измерить магнитные свойства оксидов железа в экстремальных условиях давления и температуры, характерных для этого региона.
Теперь ученые объединили два метода. Используя алмазную наковальню, они сжали микрометрические образцы гематита оксида железа между двумя алмазами и нагрели их с помощью лазеров до давления 90 гигапаскалей и температуры свыше 1000°C. Исследователи объединили этот метод с так называемой мессбауэровской спектроскопией, чтобы исследовать магнитное состояние образцов с помощью синхротронного излучения.
По той же теме: Изменение магнитного поля Земли увеличивается намного быстрее, чем ожидалось
Эта часть исследования проводилась на синхротроне ESRF в Гренобле, Франция, что позволило наблюдать изменения магнитного порядка в оксиде железа. Удивительный результат состоит в том, что гематит оставался магнитным до температуры около 925°C, температуры, преобладающей в субдуцированных плитах, расположенных под западной частью Тихого океана, на глубине переходной зоны Земли.
«В результате мы можем продемонстрировать, что мантия Земли не так красиво инертна, как предполагалось до сих пор», - говорит Кармен Санчес-Валле из Института минералогии Университета Нью-Йорка. Мюнстер. «Эти результаты могут оправдать другие выводы, касающиеся всего магнитного поля Земли».
Движение полюсов и магнетизм мантии Земли
Используя спутники и изучая горные породы, исследователи наблюдают за магнитным полем Земли, а также за локальными и региональными изменениями напряженности магнитного поля. Геомагнитные полюса Земли постоянно находятся в движении. В результате этого движения они меняли положение друг с другом каждые 200 000-300 000 лет в новейшей истории Земли.
Последняя смена полюсов произошла 780 000 лет назад, и данные за последние несколько десятилетий показывают ускорение движения магнитных полюсов Земли. Одна из полярных траекторий, наблюдаемых во время инверсий, проходит над западной частью Тихого океана, что очень четко соответствует источникам электромагнитного излучения, изолированным в мантии Земли.
Исследователи изучают возможность того, что магнитные поля, наблюдаемые в Тихом океане с использованием записей горных пород, не представляют собой путь миграции полюсов, измеренный на поверхности Земли, а исходят от ранее неизвестного электромагнитного источника. гематитсодержащих пород в мантии Земли под западной частью Тихого океана.
«То, что мы знаем сейчас, а именно, что в мантии Земли есть магнитоупорядоченные материалы, должно быть принято во внимание при любом будущем анализе магнитного поля Земли и движения полюсов», - заключает Леонид Дубровинский., из Баварского научно-исследовательского института экспериментальной геохимии и геофизики при Байройтском университете.