Джон Тардуно, геофизик из Университета Рочестера и ведущий эксперт по магнитному полю Земли, и его группа исследователей говорят, что, по их мнению, магнитному полю Земли не менее четырех миллиардов лет.«Сильное магнитное поле обеспечивает защиту атмосферы, — сказал Тардуно. — Это важно для сохранения пригодных для жизни условий на Земле».
Выводы Тардуно и его команды были опубликованы в последнем выпуске журнала Science.Магнитное поле Земли защищает атмосферу от солнечных ветров — потоков заряженных частиц, вылетающих из Солнца. Магнитное поле помогает не дать солнечным ветрам уносить атмосферу и воду, что делает возможной жизнь на планете.Магнитное поле Земли создается в ее ядре из жидкого железа, и для работы этого «геодинамо» требуется регулярное выделение тепла от планеты.
Сегодня этому выделению тепла способствует тектоника плит, которая эффективно передает тепло из глубин планеты на поверхность. Но, по словам Тардуно, время возникновения тектоники плит горячо обсуждается, при этом некоторые ученые утверждают, что Земле не хватало магнитного поля в молодости.
Учитывая важность магнитного поля, ученые пытались определить, когда оно впервые возникло, что, в свою очередь, могло бы дать ключ к разгадке того, когда началась тектоника плит и как планета смогла остаться пригодной для жизни.К счастью для ученых, существуют минералы, такие как магнетит, которые фиксируют запись магнитного поля в то время, когда минералы охлаждаются из своего расплавленного состояния. Самые старые доступные минералы могут сказать ученым направление и интенсивность поля в самые ранние периоды истории Земли. Чтобы получить надежные измерения, крайне важно, чтобы минералы, полученные учеными, были нетронутыми и никогда не достигали достаточного уровня нагрева, который позволил бы старой магнитной информации в минералах вернуться к магнитному полю более позднего времени.
Информация о направлении хранится в микроскопических зернах внутри магнетита — встречающегося в природе магнитного оксида железа. Внутри мельчайших зерен магнетита есть области, которые имеют свою индивидуальную намагниченность и работают как магнитофон.
Как и на магнитной ленте, информация записывается в определенное время и сохраняется до тех пор, пока не будет заменена при определенных условиях.Новые результаты Тардуно основаны на записи напряженности магнитного поля, зафиксированной в магнетите, найденном в кристаллах циркона, собранных в Джек-Хиллс в Западной Австралии.
Цирконы формировались более миллиарда лет и остановились в древних осадочных отложениях. Путем отбора проб цирконов разного возраста можно определить историю магнитного поля.Древние цирконы крошечные — около двух десятых миллиметра — и измерение их намагниченности — технологическая задача.
Тардуно и его команда использовали уникальное сверхпроводящее устройство квантовой интерференции или СКВИД-магнитометр в Университете Рочестера, которое обеспечивает чувствительность в десять раз большую, чем сопоставимые инструменты.
Но для того, чтобы сегодняшние показания магнитной напряженности магнетита отражали фактические условия той эпохи, исследователям необходимо было убедиться, что магнетит внутри циркона оставался нетронутым с момента образования.Особое беспокойство вызывал период около 2,6 миллиарда лет назад, когда температура в скалах Джек-Хиллз достигла 475 ° C. В этих условиях было возможно, что магнитная информация, записанная в цирконах, будет стерта и заменена новой, более молодой записью магнитного поля Земли.«Мы знаем, что цирконы не перемещались относительно друг друга с момента их депонирования», — сказал Тардуно. «В результате, если бы магнитная информация в цирконах была стерта и перезаписана, все магнитные направления были бы идентичны».
Вместо этого Тардуно обнаружил, что минералы обнаруживают различные магнитные направления, убедив его, что измерения интенсивности, записанные в образцах, действительно были возрастом в четыре миллиарда лет.Измерения интенсивности многое говорят о наличии геодинамо в ядре Земли. Тардуно объясняет, что солнечный ветер может взаимодействовать с атмосферой Земли, создавая небольшое магнитное поле, даже в отсутствие динамо-машины.
В этих условиях он рассчитывает, что максимальная напряженность магнитного поля будет составлять 0,6 мкТл (микротесла). Значения, измеренные Тардуно и его командой, были намного больше 0,6 ° Т, что указывало на присутствие геодинамо в ядре планеты, а также на существование тектонических плит, необходимых для высвобождения накопленного тепла.
«Ученые не пришли к единому мнению о том, когда началась тектоника плит», — сказал Тардуно. «Наши измерения, однако, подтверждают некоторые предыдущие геохимические измерения древних цирконов, которые предполагают возраст в 4,4 миллиарда лет».В то время магнитное поле имело особое значение, потому что солнечные ветры были примерно в 100 раз сильнее, чем сегодня. По словам Тардуно, в отсутствие магнитного поля протоны, составляющие солнечный ветер, ионизировали бы и лишили легкие элементы атмосферы, что, среди прочего, привело бы к потере воды.
Ученые полагают, что на Марсе было активное геодинамо, когда эта планета была сформирована, но что она умерла через четыре миллиарда лет. В результате, говорит Тардуно, на Красной планете не было магнитного поля для защиты атмосферы, что может объяснить, почему ее атмосфера такая тонкая.
«Это также может быть основной причиной того, что Марс не смог поддерживать жизнь», — сказал Тардуно.