Историю формирования земного ядра проследили по вулканическим породам Сибири

Магнитное поле Земли 1,5 миллиарда лет назад было в четыре раза слабее современного, но иногда — без какой-либо периодичности — усиливалось. К такому выводу ученые пришли, исследовав древние горные породы на территории Сибири. Поскольку магнитное поле создается в результате движения жидкого железа во внешнем ядре Земли, знания об его изменчивости помогут лучше понять эволюцию нашей планеты, в частности, уточнить, когда начало формироваться твердое внутреннее ядро и как магнитное поле могло влиять на климат и биосферу в далеком прошлом.

Магнитное поле Земли играет ключевую роль в защите планеты от космической радиации и солнечного ветра — потоков заряженных частиц и высокоэнергетического излучения, которые могут повреждать живые клетки и нарушать работу электронных устройств. Согласно существующим моделям, магнитное поле возникает в результате движения жидкого железа и процессов переноса тепла во внешнем ядре планеты в сочетании с вращением Земли. Однако до сих пор мало что известно о том, как появилось и эволюционировало магнитное поле в древности. При этом ученых особенно интересует эпоха протерозоя (2,5 миллиарда — 540 миллионов лет назад), когда, согласно некоторым современным моделям, начало формироваться твердое внутреннее ядро Земли, произошло насыщение атмосферы кислородом и появились первые сложные формы жизни.

Ученые из Института физики Земли имени О. Ю. Шмидта РАН (Москва), Геофизической обсерватории «Борок» ИФЗ РАН (Борок) и Института земной коры СО РАН (Иркутск) исследовали образцы горных пород Куонамской магматической провинции в Сибири, которые сформировались около 1,5 миллиардов лет назад. Куонамская магматическая провинция — это крупная геологическая структура на севере Сибирской платформы (древнего участка земной коры в средней части Северной Азии), расположенная в районе рек Котуй и Большая Куонамка в Красноярском крае. Она представлена магматическими породами — долеритами, — которые образовались примерно 1,5 миллиарда лет назад в результате масштабных извержений. К настоящему времени вулканические постройки и излившиеся горные породы полностью стерты с лица Земли процессами эрозии. Поэтому на их месте остались лишь магматические тела, закристаллизовавшиеся в толще горных пород и не дошедшие до поверхности.

Этот регион авторы выбрали для исследований потому, что здесь магматические породы сохранили так называемую естественную остаточную намагниченность. Это своего рода «память» о направлении и силе магнитного поля Земли в момент образования пород. Она создается, когда минералы остывают ниже определенной температуры (точки Кюри) и намагничиваются в соответствии с действующим полем.

Авторы взяли образцы пород в 11 различных точках на территории Куонамской магматической провинции, провели комплекс экспериментов, в результате чего смогли оценить силу древнего магнитного поля Земли. Оказалось, что в протерозое его напряженность находилась в диапазоне 4,7–17,6 микротесла, что в среднем в четыре раза ниже современных значений, сообщила пресс-служба Российского научного фонда.

Однако при этом ученые обнаружили, что в исследуемый период (протерозой) иногда — без строгой периодичности — слабое магнитное поле резко усиливалось до современных значений. Такое переключение режимов магнитного поля — слабого и сильного — говорит о переходном этапе в эволюции земного ядра, когда механизмы генерации поля еще не стабилизировались, а твердого внутреннего ядра, вероятно, не существовало. Эти данные указывают в пользу предложенной ранее гипотезы о том, что внутреннее ядро Земли сформировалось значительно позже изученного времени — примерно 650–550 миллионов лет назад, в эдиакарии, последнем периоде протерозоя. Этот вывод согласуется с заключениями других научных групп, проводивших оценки с использованием пород из разных районов планеты.

«Наши данные указывают на то, что магнитное поле Земли в протерозое было значительно слабее, чем сейчас, и это могло сильно влиять на климат и условия жизни обитавших в то время организмов. Кроме того, наши результаты ставят под сомнение некоторые существующие модели, предполагающие раннее — от 3,5 до 1,8 миллиардов лет назад — формирование внутреннего ядра Земли. В дальнейшем мы продолжим поиск подходящих объектов исследований для получения более точных оценок напряженности магнитного поля в протерозое. Ведь сейчас имеющихся в мире надежных данных о палеонапряженности крайне недостаточно, и остро стоит вопрос о наращивании базы данных таких определений. К сожалению, суть экспериментов по оценке древней напряженности магнитного поля Земли такова, что они требуют очень много усилий, и притом шанс получить надежный результат очень невысок», — рассказал руководитель проекта Александр Пасенко, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории главного геомагнитного поля и петромагнетизма Института физики Земли имени О. Ю. Шмидта РАН. 

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале «Геология и геофизика».