Загадочный 200-миллионолетний цикл геомагнитного поля Земли

Глубоко под нашими ногами, там, где раскаленное железо бурлит в недрах Земли, планета шепчет свои тайны. Одной из самых интригующих загадок, с которой столкнулась наука, стал ритм ее невидимого щита — геомагнитного поля, которое, как выяснилось, следует циклу длиной около 200 миллионов лет. Это не просто колебание стрелки компаса или случайное ослабление силы, а долгий пульс, уходящий корнями в древнейшую историю Земли. Ученые обнаружили, что поле, защищающее нас от солнечного ветра, периодически слабеет, оставляя следы в застывших лавовых потоках и, возможно, в судьбе самой жизни. Что стоит за этим циклом? Почему он повторяется? И как его тайны связаны с дыханием живого мира? Ответы пока ускользают.

Содержание

Следы в камне

Все началось с горных пород Восточной Шотландии — древних свидетелей времени, когда Земля выглядела совсем иначе. В 2021 году исследователи из Университета Ливерпуля, вооруженные уникальными термическими и микроволновыми методами, принялись изучать лавовые потоки, застывшие между 200 и 500 миллионами лет назад. Эти камни, словно магнитные летописи, сохранили отпечатки прошлого поля. Результаты удивили: между 332 и 416 миллионами лет назад сила геомагнитного поля была ничтожно мала — меньше четверти от той, что мы наблюдаем сегодня, когда она колеблется между 22 000 и 67 000 нанотесла.

Это открытие перекликалось с другими находками. Еще один период слабости геомагнитного щита начался около 120 миллионов лет назад, когда по суше бродили динозавры, а океаны кишели гигантскими рептилиями. Если прикинуть время между этими эпохами, то получается, что между концом первого слабого периода и началом второго прошло около 212 миллионов лет — почти идеальное совпадение с предполагаемым 200-миллионным циклом. Ученые, естественно, задумались: неужели поле следует ритму, который можно измерить не годами, а сотнями миллионов лет? Лавовые потоки Шотландии подтвердили идею, впервые высказанную в 2012 году, когда тот же университет предположил, что такие колебания связаны с глубинными процессами в мантии Земли.

Эти периоды слабости длятся десятки миллионов лет. Первый, начавшийся 416 миллионов лет назад и закончившийся 332 миллионами лет назад, растянулся на 84 миллиона лет. Второй, стартовавший 120 миллионов лет назад, возможно, длился так же долго, хотя его окончание пока теряется в тумане геологической летописи. Сегодня поле кажется сильнее, чем в те далекие времена, но мы не знаем в какой точке цикла находимся сейчас. Может быть, мы на пороге нового ослабления, или же Земля только восстанавливается после прошлого ослабления.

Сердце планеты и его ритм

Геомагнитное поле рождается в жидком внешнем ядре Земли, где расплавленное железо и никель движутся под действием температуры и давления. Этот процесс, названный геодинамо, похож на гигантский генератор, питающий магнитный щит планеты. Течения в ядре быстры — до миллиметра в секунду, — но их ритм зависит от того, что происходит выше, в мантии. А мантия движется иначе — медленно, сантиметр за сантиметром в год, словно вязкий океан расплавленного камня, который охлаждается и течет вокруг ядра.

Именно в этом взаимодействии кроется ключ к 200-миллионному циклу. Ученые предполагают, что изменения в конвекции мантии — движении ее горячих и холодных масс — влияют на тепловой поток между ядром и мантией. Когда мантия охлаждается неравномерно, это может замедлить или нарушить течения в ядре, ослабляя способность геодинамо поддерживать сильное поле. Исследования показывают, что в нижней мантии есть области с разной плотностью и температурой, которые создают дисбаланс, тянущий поле то в одну, то в другую сторону.

Но почему именно 200 миллионов лет? Ответ может лежать в долгой эволюции самой Земли. Внутреннее ядро, твердый шар из железа, растет со временем, выделяя тепло в жидкое внешнее ядро. Этот рост неравномерен, и каждые несколько сотен миллионов лет он, возможно, достигает точки, когда тепловые условия меняются настолько, что конвекция в ядре ослабевает. Или, возможно, дело в движении тектонических плит, которые, дрейфуя по мантии, изменяют давление и температуру на границе с ядром. Эти процессы настолько медленны и глубоки, что их трудно измерить напрямую, но следы в лавовых потоках намекают на их реальность.

Тайны, скрытые в глубинах

Несмотря на все эти открытия, сам цикл остается загадкой. Почему он не точен, как часы, а варьируется? Периоды слабости не наступают строго каждые 200 миллионов лет — между ними могут быть отклонения в десятки миллионов лет. Возможно, дело в хаотичности процессов внутри Земли. Конвекция мантии не следует строгому расписанию, а ядро реагирует на ее капризы с задержкой. Иногда ослабление длится дольше, иногда короче, и ученые пока не могут предсказать, когда наступит следующий спад.

Еще одна тайна — связь с геомагнитными инверсиями (это когда полюса меняются местами). Такие перевороты происходят чаще, в среднем раз в 300 000 лет, и последний случился 780 000 лет назад. Но во время слабых периодов инверсии могут становиться более частыми или, наоборот, замирать. Например, в период между 332 и 416 миллионами лет назад поле было слишком слабым, чтобы поддерживать стабильные полюса, и это могло повлиять на его поведение. Связаны ли эти быстрые перевороты с медленным 200-миллионным ритмом? Ответов пока нет, но ученые подозревают, что слабость поля — это фон, на котором инверсии вступают в игру.

Есть вопросы и к началу цикла. Поле существует как минимум 3,45 миллиарда лет, а возможно, и 3,7 миллиарда. Если цикл действительно длится 200 миллионов лет, он должен был повториться 17–18 раз за историю Земли. Однако данных о столь древних периодах крайне мало — самые старые породы давно стерты временем. Может быть, цикл появился позже, когда внутреннее ядро начало расти, или же он был всегда, но его ритм менялся с эволюцией планеты.

Отголоски в живом мире

Слабость геомагнитного поля — это не просто геологическая диковинка. Она оставляет следы в жизни на Земле. Когда поле ослабевает, магнитосфера — защитный барьер, простирающийся на десятки тысяч километров в космос, — истончается. Солнечный ветер и космические лучи проникают глубже, достигая атмосферы и поверхности. В 2020 году исследователи из Университета Саутгемптона заметили, что период слабости между 332 и 416 миллионами лет назад совпал с массовым вымиранием в девонско-карбоновый период. Тогда исчезли многие морские виды, и причиной могло стать усиление ультрафиолетового излучения, пробившегося через ослабленный щит.

Это не значит, что слабость поля напрямую убивала жизнь. Скорее, она создавала условия, при которых радиация разрушала озоновый слой, пропуская солнечный свет и меняя климат. Растения и животные, не привыкшие к таким переменам, уступали место новым видам, лучше приспособленным к суровым условиям. Возможно, такие периоды слабости даже ускоряли эволюцию, подталкивая жизнь к адаптации.

Сегодня поле сильнее, чем в те времена, но солнечные бури напоминают о его уязвимости. В марте 1989 года мощный выброс солнечной плазмы вызвал сбои в энергосетях Канады, показав, как даже временное ослабление магнитосферы может ударить по технологиям. Если 200-миллионный цикл приведет к новому спаду, спутники, связь и энергетика окажутся под угрозой. Компасы собьются, а навигация станет сложнее. Но человечество, в отличие от древних существ, способно подготовиться, изучая этот ритм.

Путешествие в прошлое и будущее

История изучения геомагнитного поля началась давно. Китайцы заметили магнитные свойства камней еще в 4 веке до нашей эры, а в 16 веке европейские мореплаватели измеряли склонение, чтобы пересекать океаны. В 1600 году Уильям Гильберт доказал, что Земля — гигантский магнит, заложив основы науки о геомагнетизме. Сегодня спутники вроде Swarm, запущенного в 2013 году, следят за полем с орбиты, а ученые копаются в древних породах, чтобы понять его прошлое.

Каждый новый кусочек данных — как страница книги, раскрывающая ритм планеты. Лавовые потоки Шотландии, исследования мантии, связь с вымираниями — все это части пазла, который еще не сложился. В 2024 году ученые предположили, что охлаждение мантии формирует узоры, влияющие на ядро, но как это связано с 200-миллионным циклом, пока неясно. Возможно, ответы лежат в еще более глубоких слоях Земли или в данных с других планет, где магнитные поля ведут себя иначе.

Что ждет нас впереди?

Если цикл реален, следующий спад может начаться через десятки миллионов лет — слишком далеко, чтобы волноваться сейчас. Но его изучение научит нас понимать хрупкость нашего щита и тому, как Земля развивается в масштабах, которые сложно охватить разумом.

Геомагнитное поле — это не просто физика. Это нить, связывающая недра Земли с ее поверхностью, с жизнью, с космосом. Его 200-миллионный цикл — это как медленный ритм дыхания, в котором участвуют ядро, мантия и даже солнечный ветер. Тайны причин его возникновения и последствий манят ученых, а связь с древними вымираниями заставляет задуматься о том, как невидимое влияет на видимое.

Пока стрелка компаса указывает на север, а небо над полюсами вспыхивает полярным сиянием, мы можем чувствовать этот ритм — древний, загадочный, живой. И хотя окончательный ответ на вопрос еще впереди, каждая находка приближает нас к пониманию того, как Земля хранит свои секреты и как они формируют мир, в котором мы живем.

Источники:

An Overview of the Earth’s Magnetic Field – British Geological Survey

Earth’s Magnetosphere: Protecting Our Planet from Harmful Space Energy – NASA Science

Further evidence of 200 million-year cycle for Earth’s magnetic field – University of Liverpool