Магнітне поле Землі змінює знак

Співробітник Інституту динаміки геосфер РАН С.Циганков припускає, що систематичне «переполюсування» магнітного поля Землі залежить від внутрішнього розігріву планети та охолодження її поверхні.

Наша Земля шарувата. Під твердою корою знаходиться мантія, під нею — рідке ядро, у самісінькій глибині — тверде. Усі земні шари обертаються в одному напрямку, але з різною швидкістю, і на їхніх межах неминуче виникає тертя та електричні заряди. Магнітне поле Землі виникає завдяки обертальному руху електричних зарядів на межі рідкого ядра та мантії. Положення магнітних полюсів планети залежить від напрямку руху цих зарядів. Аби магнітний полюс змінив знак, потрібно, щоб електричні заряди почали рухатися в іншому напрямку, хоча планета й далі обертається в тому самому напрямку. С.Циганков пояснює це явище впливом двох чинників: зовнішнього охолодження поверхні Землі та її внутрішнього розігріву.

Якщо дуже спрощено, то картина має такий вигляд. У якийсь початковий період Земля була розплавлена, а потім її поверхня почала остигати і кристалізуватися. Процес кристалізації завжди спричиняє усадку. Форма нашої планети, геоїд, напрочуд збігається з формою сферичної оболонки, «осілої» після кристалізації. Коли зовнішній шар планети кристалізується й «осідає», він виділяє енергію, що йде на додаткове розігрівання та розширення внутрішніх шарів. Зрештою, розпечена речовина мантії руйнує зовнішню тверду оболонку і через розлами виливається назовні. Радіус планети при цьому збільшується, а її потепліла поверхня знову починає охолоджуватися й твердіти. Процес повторюється.

У процесі розширення та стискання планети коливання її радіуса можуть сягати кількох десятків кілометрів, впливаючи на відносну швидкість обертання її шарів. Так, за посиленого розігрівання Землі та збільшенні її радіуса рідке ядро у своєму обертанні дедалі більше відстає від мантії. Коли розширення планети змінюється усадкою, мантія обертається повільніше від ядра.

Щоб краще уявити, як ці зміни швидкостей позначаються на інверсії магнітного поля, уявімо себе «пасажирами» мантії. Якщо рідке ядро і розташовані на його межах електричні заряди рухаються швидше від мантії, заряди нас обганятимуть, мчатимуть уперед. Якщо Земля розширюється і ядро обертається повільніше за мантію, заряди відносно нас поповзуть «назад», тобто поміняють напрямок руху, що призведе до зміни знаків магнітних полюсів.

Процеси руйнування мантії та інверсія магнітного поля тісно взаємопов’язані. Епохи тривалого стійкого стану магнітного поля з інтервалом 160—200 млн. років збігаються з геодинамічними та кліматичними циклами, пов’язаними з вулканічною діяльністю. Останні дослідження взаємозв’язку інверсій геомагнітного поля з геодинамічними проявами (плюмами) і змінами в органічному світі протягом 370 млн. років також показали, що ці явища близькі до синхронних. Можливо, розгадку регулярної зміни напрямку геомагнітного поля знайдено.