Изненадваща промяна в потока на разтопеното желязо под Тихия океан дава на учените по-ясна представа за това как се променя магнитното поле на Земята.

Магнитното поле на Земята – невидимият щит, който предпазва планетата от заредените частици, излъчвани от Слънцето – се захранва от бушуващ океан от разтопено желязо, скрит на хиляди километри под краката ни.

Въпреки че този дълбок вътрешен слой е недостъпен, бавно движещите се течения в него оставят едва забележими следи в магнитното поле над повърхността. Ново проучване разкри, че едно от тези течения се е държало по начин, който учените не са очаквали – то рязко е променило посоката си под Тихия океан и е предоставило нови улики за скрития двигател, задвижващ магнитното поле на Земята.

Откритието оспорва дългогодишното схващане, че мащабните течения във външното ядро се променят само постепенно в продължение на десетилетия. Чрез съчетаване на почти 30 години наземни измервания със сателитни наблюдения изследователите възстановиха как обширна област от течно желязо внезапно е променила курса си, предлагайки една от най-ясните досега картини на динамичните процеси, които се разгръщат на дълбочина от около 2200 км под повърхността на Земята.

През 2010 г. обширна зона от богата на желязо течност, намираща се дълбоко под екваториалната част на Тихия океан, премина от слабо движение на запад към силно течение на изток. Учените все още не знаят какво е предизвикало тази промяна, но наскоро анализираните данни от мисиите Swarm и CryoSat на ЕКА заедно с наблюденията от германския спътник CHAMP и датския спътник Ørsted позволиха на изследователите да проучат събитието с безпрецедентна подробност.

Публикувано в сп. Journal of Studies of Earth’s Deep Interior, проучването съчетава сателитни наблюдения с наземни магнитни измервания, обхващащи периода от 1997 до 2025 г. Резултатите сочат, че външното ядро на Земята може да е значително по-динамично, отколкото се е смятало досега, което повдига нови въпроси за това как взаимодействат най-дълбоките слоеве на планетата и как се развива магнитното поле с течение на времето.

Досега учените разглеждаха външното ядро като система с относително стабилно движение. Тази значителна промяна подсказва, че циркулацията в него може да се променя много по-рязко, отколкото се очакваше. Изследването предоставя нови улики за бурните процеси, които създават магнитното поле на Земята, и може да сочи към връзки между движението във външното ядро и промените, които протичат още по-дълбоко в недрата на Земята.

Водещият автор на изследването, Фредерик Дал Мадсен от Факултета по геонауки на Университета в Единбург, заявява: „Мащабното обръщане на потока под Тихия океан повдига нови въпроси относно поведението на дълбоките слоеве на Земята. Сега искаме да разберем дали обръщането представлява краткотрайно колебание, част от повтаряща се осцилация, или ново стабилно равновесие за циркулацията в ядрото. Непрекъснатото наблюдение ще бъде от съществено значение, за да се определи как ще се развива потокът през следващите години“.

Мадсен обяснява също, че моделът, използван в изследването, сочи, че източното течение в Тихия океан е отслабнало от 2020 г. насам, като добавя: „Появата на силно източно течение в Тихия океан съвпада с промяна в поведението на вътрешното ядро, както се заключава от геодезията и сеизмологията, и ние изказваме хипотезата, че тези промени в дълбоките слоеве на Земята са свързани с промените в течението под Тихия океан“.

Магнитното поле на Земята се дължи на движението в течното външно ядро, където електропроводимото разтопено желязо се движи около твърдото вътрешно ядро. Този процес, известен като геодинамо, непрекъснато се променя, въпреки че много от по-големите му модели на потоци изглеждат доста устойчиви през десетилетията на наблюдения.

ЕКА изстреля трите спътника от мисията Swarm през 2013 г. Всеки от тях е оборудван с високочувствителни магнитометри, които могат да картографират магнитното поле на Земята с изключителна прецизност. Тъй като спътниците летят по внимателно координирани орбити, те помагат за разграничаване на магнитните сигнали от ядрото от тези, генерирани от кората, океаните, йоносферата и магнитосферата.

Тези измервания позволиха на изследователите да възстановят променящите се модели на потоците на границата между ядрото и мантията. Те също така помогнаха за идентифицирането на внезапните промени, свързани с обръщането на магнитното поле в Тихия океан и геомагнитния скок от 2017 г.

Според мениджъра на мисията Swarm на ЕКА Аня Стромме дългосрочният набор от данни от нея е бил важен за проучването. Тя отбелязва: „Въпреки че Swarm беше изстрелян след драматичното обръщане на магнитното поле през 2010 г., тя предостави високопрецизни данни, които ни разкриват информация за вътрешното ядро на Земята в периода, последвал това събитие“.

„Важно е да се отбележи, че Swarm осигурява непрекъснато глобално покритие в продължение на много години, което позволява на учените да проследяват как се развива динамиката на ядрото с течение на времето, вместо да разчитат единствено на наземни магнитни обсерватории. Дългосрочните сателитни магнитни измервания позволяват на изследователите да следят промените в геодинамото почти в реално време и да усъвършенстват моделите за еволюцията на магнитното поле на Земята. Бъдещите наблюдения от мисии като Swarm ще играят решаваща роля.“

Спътниковите наблюдения помогнаха също така на изследователите да забележат вълнообразни ускорения и бързо променящи се структури на потоците, които биха могли да бъдат пропуснати в по-шумни набори от данни. Проучването показва още, че източният поток вероятно сега отслабва, след като достигна пик преди няколко години, което повдига възможността обръщането да е било временно колебание или част от по-дълъг естествен цикъл в динамиката на ядрото.

Тези процеси протичат дълбоко под повърхността на Земята и не представляват заплаха нито за хората, нито за климата. Въпреки това те са от съществено значение за разбирането на начина, по който функционира планетата. Движението в течното желязо на външното ядро генерира магнитното поле на Земята, което спомага за защитата на планетата от заредените частици, излъчвани от Слънцето. Без този щит атмосферата на Земята и технологичните системи биха били изложени на много по-голямо въздействие от вредната слънчева радиация.

Магнитното поле на Земята непрекъснато се променя. С промяната на потоците в ядрото магнитното поле също бавно се измества, което има значение за навигационните системи, работата на космическите апарати и моделите на космическото време в близост до Земята. Поради тази причина разбирането на промените в ядрото е важно както за фундаменталната наука, така и за практическото приложение.

Според Елизабета Иорфида, учен от мисията Swarm на ЕКА, обръщането на магнитното поле в Тихия океан оспорва идеята, че външното ядро се контролира главно от стабилна циркулация в западна посока. Тя коментира: „Това проучване показва, че регионални промени могат да възникнат бързо – само за едно десетилетие. Резултатите могат също да помогнат на учените да изследват възможни взаимодействия между външното ядро, вътрешното ядро и долната мантия на Земята и по този начин да дадат по-добра представа за границата между ядрото и мантията, която е критична зона за динамиката на дълбоките слоеве на Земята“.

Снимка: Unsplash/ESA/AOES Medialab

Виж още: Китай тества ракета със същия газ, ползван от Coca-Cola, за да направи космическите полети по-евтини и безопасни