Магнитное поле Земли меняет знак

Сотрудник Института динамики геосфер РАН С. Цыганков предполагает, что систематическая «переполюсовка» магнитного поля Земли зависит от внутреннего разогрева планеты и охлаждения ее поверхности.

Наша Земля слоиста. Под твердой корой находится мантия, под ней — жидкое ядро, в самой глубине — твердое. Все земные слои вращаются в одном направлении, но с разной скоростью, и на их границах неизбежно возникает трение и электрические заряды. Магнитное поле Земли возникает благодаря вращательному движению электрических зарядов на границе жидкого ядра и мантии. Положение магнитных полюсов планеты зависит от направления движения этих зарядов. Чтобы магнитный полюс изменил знак, нужно, чтобы электрические заряды стали двигаться в другую сторону, хотя планета и продолжает вращаться в прежнем направлении. С. Цыганков объясняет это явление влиянием двух факторов: внешнего охлаждения поверхности Земли и ее внутреннего разогрева.

В очень упрощенном виде картина выглядит следующим образом. В какой-то начальный период Земля была расплавлена, а потом ее поверхность стала остывать и кристаллизоваться. Процесс кристаллизации всегда вызывает усадку. Форма нашей планеты, геоид, удивительно совпадает с формой сферической оболочки, «осевшей» после кристаллизации. Когда внешний слой планеты кристаллизуется и «оседает», он выделяет энергию, идущую на дополнительный разогрев и расширение внутренних слоев. В конце концов, раскаленное вещество мантии разрушает внешнюю твердую оболочку и через разломы изливается наружу. Радиус планеты при этом увеличивается, а ее потеплевшая поверхность вновь начинает охлаждаться и твердеть. Процесс повторяется.

При расширении и сжатии планеты колебания ее радиуса могут достигать нескольких десятков километров и влияют на относительную скорость вращения ее слоев. Так, при усиленном разогреве Земли и увеличении ее радиуса жидкое ядро в своем вращении все сильнее отстает от мантии. Когда расширение планеты сменяется усадкой, мантия вращается медленнее ядра.

Чтобы лучше представить, как эти изменения скоростей сказываются на инверсии магнитного поля, вообразим себя «пассажирами» мантии. Если жидкое ядро и находящиеся на его границе электрические заряды движутся быстрее мантии, заряды будут нас обгонять, умчатся вперед. Если Земля расширяется и ядро вращается медленнее, чем мантия, заряды относительно нас поползут «назад», то есть поменяют направление движения, что приведет к изменению знаков магнитных полюсов.

Процессы разрушения мантии и инверсия магнитного поля тесно взаимосвязаны. Эпохи долгого устойчивого состояния магнитного поля с интервалом 160—200 млн. лет совпадают с геодинамическими и климатическими циклами, связанными с вулканической деятельностью. Последние исследования взаимосвязи инверсий геомагнитного поля с геодинамическими проявлениями (плюмами) и изменениями в органическом мире в течение 370 млн. лет также показали, что эти явления на самом деле близки к синхронным. Возможно, разгадка регулярного изменения направления геомагнитного поля найдена.