Північний магнітний полюс продовжує зміщуватися з території Канади в сторону архіпелагу Північна Земля зі швидкістю 55 кілометрів на рік. Вчені припускають: готується зміна полюсів через заворушення в рідкій частині ядра планети, недоступною прямим спостереженнями. Що саме там відбувається, зрозуміти важко, але є багато гіпотез.
Місія до «залізного світу»
У 2022 році NASA збирається відправити апарат до астероїда Психея, що знаходиться між Марсом та Юпітером. Його називають залізним світом.
За відбиттям променів з поверхні, по тому, як швидко вона нагрівається та остигає, вчені зрозуміли, що це якщо не повністю, то здебільшого метал. Не виключено, що саме звідти до нас прилітають залізні метеорити. Це відбувається дуже рідко, всього відомо не більше двох сотень таких подій.
Передбачається, що Психея — ядро планети земної групи, яка втратила зовнішню оболонку. Разом із Землею та Венерою ця планета формувалася поблизу Сонця, але потім щось сталося.
Може, катастрофа, а може, всьому виною повторне розігрівання планетезималі — згустків матерії, з яких утворюються планети. Вчені неодмінно хочуть потрапити в «залізний світ», і не тільки заради геологічної розвідки родовищ в інтересах наших нащадків. В першу чергу — щоб впритул дослідити аналог ядра Землі.
Чому ядро залізне?
Ядро Землі — дуже цікавий об'єкт. Його склад та температура відбивається на верхніх шарах та атмосфері. Ядро — джерело магнітного поля, завдяки якому виникло життя. Там же — ключ до таємниці утворення планет земної групи.
Надра Землі досліджують за допомогою сейсмічних хвиль та моделювання. Грубо кажучи, планета складається з верхньої оболонки — кори, мантії та ядра.
Про те, що ядро залізне, свідчить кілька фактів.
У Землі власне магнітне поле, немов диполь вставлений по осі обертання. Мантія не може генерувати таке поле, вона занадто слабо проводить електричний струм. Згідно з моделлю геодинаміки, на це здатна тільки рідина-провідник. Значить, частина ядра — рідка.
Залізо — один з найпоширеніших елементів у Сонячній системі. Це підтверджується його великою кількістю в метеоритах. У зовнішній частині ядра не проходять пружні S-хвилі, значить, вона рідка.
Внутрішня частина ядра, радіусом приблизно тисячі двісті двадцять один кілометр, слабо поширює S-хвилі - відповідно, вона або тверда, або в стані, що симулюють твердість. Кордон двох шарів в ядрі досить чіткий, як і між ядром та нижньою мантією.
Вважається, що ядро залізне з невеликими домішками нікелю (на це вказує склад залізних метеоритів), кремнію, сульфідів та кисню.
Деякі особливості проходження сейсмохвиль говорять про те, що внутрішнє тверде ядро обертається злегка швидше, ніж мантія та кора, приблизно на 0,15 градуса в рік.
Коли і як утворилося ядро Землі? Яке в ньому співвідношення хімічних елементів? Чому воно не однорідне? Яка там температура? Де джерело енергії? І головне, чому ядро взагалі сформувалося всередині планети? По кожному з цих та безлічі інших питань є чимало гіпотез.
Кому з близнюків пощастило?
Венеру вважають близнюком Землі — вона лише трохи менше за масою та розмірами. Але нинішні умови на її поверхні зовсім інші. У Землі є власне магнітне поле, атмосфера та біосфера.
У Венери з цього списку — тільки отруйна атмосфера з хмарами з сірчаної кислоти. Слідів магнітного поля немає і в геологічному минулому, хоча вони могли й зникнути. Ймовірно, вся справа в походженні близнюків.
Венера та Земля утворилися в одній частині газопилової туманності, що оточувала Сонце. Зародки планет збільшувалися, притягаючи до себе все більше матеріалу. Коли маса стала критичною, почалися розігрів, плавлення.
Речовина поділилась на фракції: важкі елементи осідали всередині, легкі піднімалися нагору. Як вважають вчені з Німеччини, Японії та Франції, розшарування таких тіл, як Земля, йде рівномірно та стабільно, кожен шар — однорідний.
Щоб ядро вийшло двошарове та неоднорідне, десь ближче до кінця процесу планета повинна була випробувати дуже сильний удар іншого масивного тіла. Частина речовини «прибульця» залишилася в надрах Землі, частина була вибита на орбіту, де потім утворився Місяць.
Від удару нутрощі планети перемішалися, і це призвело до часткового плавлення ядра.
А ось еволюція Венери пройшла гладко, без НП космічного масштабу. Розшарування щасливо завершилося з утворенням твердого залізного ядра, нездатного генерувати магнітне поле.
Є й інша гіпотеза: спонтанна кристалізація залізного розплаву. Однак для цього йому потрібно охолонути до тисячі кельвінів, що неможливо. Значить, зародки кристалізації проникли ззовні, зробили висновок вчені з США. Наприклад, з нижньої мантії. Це великі шматки заліза розміром десятки та сотні метрів.
Звідки їм там узятися — велике питання. Одна з відповідей лежить на поверхні Землі у вигляді стародавніх залізистих кварцитів. Можливо, понад три мільярди років тому, з цих порід склалося дно океанів. Через рух плит воно занурилося в мантію і звідти — у ядро.
Створення магнітного щита
Співвідношення радіоактивних ізотопів свинцю вказує на вік ядра: близько чотирьох з половиною мільярдів років. Коли виникло магнітне поле, невідомо. Його сліди зустрічаються вже в найдавніших гірських породах Землі віком 3,5 мільярда років.
Відповідно, для магнітного поля Землі потрібна рідина-провідник, обертання якої супроводжується перемішуванням. Проблема в тому, що магнітне поле, у рідини, що швидко обертається, рано чи пізно згасає.
Судячи з геологічних даних, на видимому нам відрізку часу інтенсивність магнітного поля Землі не змінювалася. Повинно бути якесь постійне та дуже потужне джерело енергії.
На цю роль є два кандидати. Температурна конвекція, можлива, якщо внутрішнє ядро гарячіше зовнішнього та композиційна конвекція, тобто переміщення елементів з однієї частини в іншу. Це означає, що тверда частина ядра збільшується. Але боятися повного застигання не варто. На це знадобиться не один мільярд років.