Новая модель Земли: ядро съедает себя каждые 100 млн лет
Новая гипотеза предполагает, что ядро Земли может плавиться и кристаллизоваться одновременно
Ученые до сих пор не могут объяснить странные силы, действующие на глубине 5000 километров от поверхности Земли. Геофизик из Лионского университета предпринял очередную попытку разгадать природную загадку, основываясь на новой модели ядра Земли.
Большинство ученых считает, что внутреннее ядро планеты представляет собой твердый шар величиной 1200 километров в поперечнике, состоящий в основном из железа. Ядро образовалось сотни миллионов лет назад, когда пылающие недра Земли начали охлаждаться и тяжелые элементы стали тонуть, спускаясь к центру планеты. Поэтому ядро медленно растет до сих пор, поглощая расплавленное железо из жидкого внешнего ядра.
Однако данная модель не объясняет наличие густого жидкого слоя на границе между внутренним и внешним ядром, ведь жидкость должна быть легче тяжелых элементов внешнего ядра. Также не выяснено, почему сейсмические волны от землетрясений, которые ученые используют для изучения строения Земли, в восточной части внутреннего ядра двигаются быстрее, чем в западной.
Ответы на эти загадки, возможно, даст новая модель Земли авторства геофизика Тьерри Альбусьера (Thierry Alboussiere) из Лионского университета, опубликованная в журнале Nature 5 августа 2010 года. Согласно его гипотезе, ядро Земли гораздо более динамично, чем считают ученые. По мнению Тьерри Альбусьера, внутреннее ядро кристаллизуется на западе и расплавляется на востоке. Твердое железо скользит на восток со скоростью примерно 1,5 сантиметра в год и плавится, когда достигает восточного края. При таких темпах процесс “самопереплавки” занимает 100 миллионов лет.
Новая модель Земли объясняет и наличие густого слоя жидкости на границе между внутренним и внешним ядрами. Если это жидкая порода твердого внутреннего ядра, которая только что расплавилась, то она будет более плотной, чем остальная часть внешнего ядра. Также эта гипотеза объясняет и различные скорости сейсмических волн с обеих сторон – это разница в скорости волны, которая проходит через твердый металл и его расплав.
Если модель французского геофизика верна, то внутреннее ядро действительно по-прежнему растет, причем оно поглощает железо намного быстрее, чем считалось ранее. Из-за того что движение внутреннего ядра влияет на внешнее ядро, которое генерирует магнитное поле Земли, новая модель заставит ученых переосмыслить и схему работы магнетизма нашей планеты.
Причуды текущего лета заставляют всерьез задуматься о глобальном потеплении и даже о близком конце света. Главным виновником изменения климата во многих теориях считается магнитное поле Земли. Разобраться в справедливости таких обвинений корреспондентам “Yтра” помог доктор наук, заведующий лабораторией геомагнитных вариаций Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН Анатолий Левитин.
“Yтро”: Что представляет собой магнитное поле Земли и какую роль оно играет в поддержании жизни?
Анатолий Левитин: Магнитное поле – это одно из геофизических полей Земли. Есть также поле электрическое, гравитационное и т.д. Эти поля в совокупности и определяют всю физику и частично химию того, что творится в околоземном пространстве. Магнитное поле – это сумма источников тока, которые регистрируются на поверхности Земли. Самый большой вклад вносит ток, который находится на границе твердого и жидкого ядра, это примерно 3 тыс. километров. Вот там рождается поле, которое называется главным магнитным полем или диполем. Оно неоднородно: на экваторе имеет величину порядка 30 тыс. нанотесл, а на полюсе – 60 тыс. нанотесл. Есть еще поля, которые тоже находятся внутри, но уже ближе к поверхности. Они связаны с наличием в Земле каких-то минералов, обладающих магнитными свойствами. Это, например, Курская магнитная аномалия.
Защита – главная функция магнитного поля. Оно отражает радиацию, те частицы, которые могли бы к нам проникнуть. И еще оно управляет многими вещами в околоземном пространстве. Без него не было бы ионосферы. Есть процессы в атмосфере, которые от него зависят. Ну и, возможно, магнитное поле действительно влияет на человека, на природу и обеспечивает жизнь на планете.
“Y”: В последнее время приходится довольно часто слышать о вероятности смещения земных полюсов. Насколько такое возможно?
А.Л.: Для описания магнитного поля делаются магнитные съемки. Во многих обсерваториях, которых больше 150 штук, ведутся измерения, потом они математически обрабатываются, и получается некая модель распределения магнитного поля. Эта обработка приводит к тому, что мы представляем магнитное поле как диполь, который проходит по центру Земли или близко к центру в некоторых точках, которые называются геомагнитными полюсами.
Теперь мы говорим: а давайте найдем полюс не математически, а физически, при помощи приборов. Такие исследования проводятся очень давно, есть набор данных, по которым можно проследить, что полюс движется. Раньше это было движение по кругу. Но в последние годы получилось так, что он перестал кружиться и пошел в одном направлении. Поэтому возник вопрос: а вдруг этот полюс поехал, и если он так и будет ехать, то скоро приедет в Сибирь?
Эту гипотезу подпитывает и тот факт, что магнитное поле постепенно слабеет. Слабеет очень медленно – примерно на 15 нанотесл за 5 лет. Но всегда находятся люди, которые говорят, что это изменение ускорились. Кто-то, например, подсчитал, что через 30-40 лет магнитное поле уменьшится на 10%. Тогда начнутся некие катаклизмы. В частности, проникновение солнечной радиации ближе к Земле.
Стоит также отметить, что сама конфигурация магнитного поля неоднородна. Есть так называемая полярная шапка – до 80-х градусов широты. Дальше идет область, где наиболее часты полярные сияния. Если диполь будет убывать, то эти зоны полярных сияний будут сдвигаться вниз. И если изменения действительно будут идти так быстро, к 2050 году полярные сияния окажутся в Москве. И все противное, что с ними связано, будет здесь. Но надо понимать, что мы меряем сумму полей. И разделить ее на слагаемые очень тяжело, потому что каждое из этих полей не имеет ни цвета, ни запаха. Соответственно, нельзя с точностью сказать, за счет чего слабеет магнитное поле и насколько длительным будет это явление.
Магнитное поле живет, по крайней мере, миллиард лет. А меряем мы его более или менее нормально 200 лет. Что такое 200 лет от миллиарда? По идее, мы наблюдаем это магнитное поле секунды. И за секунды хотим узнать, что будет дальше. Это же невозможно. Делать глобальные выводы на основании тех данных, которые имеются на сегодняшний день, напрасный труд. Это подходит только для того, чтобы напугать кого-то. Действительно, за изменением магнитного поля могут стоять сложные вещи, но сейчас этого не происходит. Оно живет как живет.
“Y”: Часто приходится слышать о том, что магнитное поле планеты, становится главным виновником изменения климата. Согласны ли вы с этим?
А.Л.: Земля имеет свою энергетику, которая состоит из того, что она получает тепло от Солнца и расходует его: нагреваются океаны, атмосфера, потом происходит перераспределение, потому что океан, нагревшись, тепло отдает. Это все образует некую сложную динамику и создает так называемый энергетический бюджет планеты. Мы его можем описывать, но учесть хорошо не можем, потому что не можем натыкать точек наблюдения в океане, со всеми его течениями, не можем атмосферу тщательно наблюдать. Так что мы имеем возможность оценить этот энергетический бюджет максимум с точность 85%, остальные 15% будет ошибка. А сколько должно от этого бюджета измениться, чтобы мы почувствовали, что изменяется климат? Ну хотя бы один процент. Но если мы меряем весь бюджет с погрешностью в 15%, как мы можем этот один процент выделить? Точно так же, как с магнитным полем, мы попадаем в такую область, где можем строить лишь предположения. И потом, как можно доверять людям, которые что-то говорят про нашу погоду, когда они даже не могут точно предсказать, что завтра-то будет?
“Y”: А может ли деятельность человека влиять на природные процессы и привести к гибели человечества? Ядерный апокалипсис, конечно, не в счет.
А.Л.: Здесь надо представить, можем ли мы вносить добавочно в энергетический бюджет тот один процент, который способен привести к изменениям. В настоящее время все, что мы производим, занимает такие мизерные доли, что говорить о существенном влиянии пока не стоит.
“Y”: То есть парниковый эффект, о котором там много говорят в последние годы, на климат не влияет?
А.Л.: Влияет, но не так сильно, чтобы изменить его. Дело в том, что здесь же постоянно идет игра – политическая, экономическая, за финансирование научных проектов и т.д. Вы наверное помните, что было с озоновыми дырами. Тоже много говорили об угрозе, потому что только почувствовали и получили способ измерения. Прошло лет пять, поняли, что они как возникают, так и заштопываются. Мы на таком уровне понимания природных процессов, что страшно делать какие-то прогнозы. Земля существует столько времени, что надо было уже поверить, что так мгновенно, за какую-то секунду, с ней ничего не сделаешь. Да, происходят какие-то события на Солнце. Но история показывает, что не может Солнце сойти с ума и погубить Землю.
“Y”: Но был же потоп всемирный.
А.Л.: Ну, может быть. Но надо же как-то убеждать людей, чтобы не боялись.
“Y”: Сложно не бояться в условиях нынешнего лета.
А.Л.: Дело в том, что сегодняшняя жара состоит из температур, которые уже встречались. У нас уже был 1972 год, когда тоже было жарко и все горело. Если бы мы столкнулись с температурами, которые никогда в жизни не встречались…
“Y”: Но ведь нашу аномальную погоду сопоставляют с такой же аномальной погодой в Южной Америке, например, где наоборот непривычно холодная зима – минус 15 и снег, чего никогда не бывало. Получается, что какая-то зависимость прослеживается.
А.Л.: Климат – это столетнее, а лучше сказать тысячелетнее изменение. И у нас нет достаточного опыта наблюдений и нет статистики, которая могла бы что-то сказать.
“Y”: Получается, что мы одинаково не можем ни утверждать, что человечеству грозит глобальная катастрофа, ни отрицать этого.
А.Л.: Это уже бывало и никаких катастроф не было.
“Y”: А динозавры?
А.Л.: А что мы знаем про динозавров? Вы представляете, сколько лет назад это было? И их вымирание от климатических изменений опять-таки лишь гипотеза.
“Y”: Мы знаем, что они были и вымерли, что Земля существует порядка 4 миллиардов лет, а человечество – несколько тысячелетий…
А.Л.: Мы не знаем. Вы можете строить любые догадки, проиграть любой вариант с изменением, но будет ли такое изменение в реальности, неизвестно.
“Y”: А вы можете сейчас сказать: я клянусь, что человечество будет жить, и никаких катастроф в ближайшем будущем не случится?
А.Л.: Да, я клянусь. Все прошлое за меня.
“Y”: Но вы же сами сказали, что теоретически полярное сияние может оказаться над Москвой.
А.Л.: Может. Но для этого магнитное поле должно измениться на 10%. Бывает, что во время сильной бури вот этот наш диполь меняется на 1-2%. Но это происходит потому, что действует внешняя сила мощная, и ее хватает только на 4-5 часов. Все магнитные бури – это некие случайные явления, которые требуют совпадения нескольких факторов. По отношению к нашему миру, мы еще дети. Мы только в 60-е годы получили спутники. Никто не представлял, что есть магнитосфера, что существует солнечный ветер. Мы все это открываем, аппетиты растут, начинаем фантазировать. Но нельзя не окончив не только школу, но и наверное даже детский сад в этом мироздании, делать такие выводы.
“Y”: Если все-таки говорить о вероятностях… Есть сценарий, согласно которому в 2012 году Солнце достигнет основных циклов своей активности, изменение магнитной полярности подействует как колоссальный магнит, который будет способен изменить магнитные поля всех “подвластных” ему космических тел в гелиосфере, в том числе и Земли. Теоретически такое возможно?
А.Л.: Во время магнитной бури у нас на 1-2% может уменьшаться магнитный диполь. Теперь давайте придумывать: будут такие выбросы, которые сожмут эту магнитосферу так, что диполь изменится на 10%, причем действовать это будет непрерывно. Ну да, все будет так, как говорят. Оно поедет, сдвинется. Оно же и сдвигается: во время сильных бурь зона полярных сияний смещается. Одна из первых известных мощнейших магнитных бурь была в 1859 году. Ее зарегистрировали на обсерватории в Египте. И тогда полярные сияния наблюдались на очень низких широтах. Во время сильных современных магнитных бурь полярные сияния бывают как над Москвой, так и еще ниже по широте. Их можно увидеть, только надо, чтобы в это время была ночь. Но теперь вы предполагаете, что Солнце вот такими гигантскими штуковинами начнет непрерывно стрелять. С чего? Любую гипотезу надо проверить. Либо залезть непосредственно в природный процесс, либо создать в лаборатории точно такие же условия. Когда этого сделать нельзя, можно строить лишь догадки.
Модель успешно объединяет данные по процессам совершенно разных масштабов. Известно, скажем, что конвекция в мантии приводит в движение огромные литосферные плиты, но на результат этих смещений сильно влияет также взаимодействие последних друг с другом. На их границах образуется огромное количество отдельных областей взаимного влияния, которые составляют активные разломы. «Модель, в которой такие зоны не рассматриваются, бесполезна», — говорит участник исследования Майкл Гёрнис (Michael Gurnis).
Решить поставленную задачу помогла методикаадаптивного измельчения расчётной сетки, которая используется при решении дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих тот или иной процесс — к примеру, мантийные течения. Обычно разрешение сетки фиксируется на заданном уровне, что либо снижает точность моделирования, либо вынуждает проводить «лишние» вычисления. Адаптивное измельчение, напротив, позволяет резко уменьшить число точек сетки, сохраняя высокое разрешение там, где это необходимо. По словам авторов, им удалось добиться того, что программа успешно выполнялась «всего» на 10 тысячах процессоров суперкомпьютера Ranger.
Пространственное разрешение модели вблизи границ плит составило около 1 км. Включив в неё сейсмологические данные и параметры горных пород, исследователи получили результат, хорошо согласующийся с измерениями смещения плит. Программа также воспроизвела известный эффект чрезвычайно быстрого смещения микроплит, который наблюдается в западной части Тихого океана. «Раньше мы не имели возможности изучать подобные маломасштабные тектонические движения на глобальных моделях», — заключает г-н Гёрнис.
Полная версия отчёта опубликована в журнале Science.
Cдвиг водных масс во всем мире в сочетании с так называемым послеледниковым отскоком смещает поверхность Земли относительно центра масс на 0,88 мм в год в направлении Северного полюса
Послеледниковым отскоком называется реакция твердой коры Земли на отступление ледников и проистекающую из него значительную потерю своей массы. Компьютерное моделирование показало, что в связи с этим кора должна двигаться на Север по отношению к центру масс планеты, сообщает Компьюлента.
Для того чтобы получить точную информацию американские и голландские ученые объединили гравиметрические данные американо-германских спутников GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment, «эксперимент по изучению климата и гравитационных возмущений») с результатами измерений движения поверхности Земли с помощью GPS, а также моделью, разработанной Лабораторией реактивного движения НАСА, которая позволяет оценивать массу океана над любой точкой на дне.
Руководитель научной группы Сяопин Ву из Лаборатории реактивного движения считает, что сдвиг земной поверхности происходит в основном за счет таяния Лаврентийского ледникового щита, который во время последнего ледникового периода покрывал практически всю Канаду и часть северных территорий Соединенных Штатов.
Новая оценка значительно превосходит предыдущие показатели (0,48 мм в год). Сдвиг, не превышающий миллиметра в год, не способен оказать никакого влияния на жизнь на Земле. Его почувствуют только спутники, отразится он и на работе земных центров управления полетами.
Специалисты пришли к выводу, что земное ядро более динамично, чем они предполагали ранее. Об этом заявил геофизик из Университета Лиона во Франции Тьери Альбусьер, ведущий автор статьи, опубликованной в журнале Nature.
Внутреннее ядро — это твёрдый «шарик» примерно 1200 километров диаметром, сформировавшийся сотни миллионов лет назад, когда расплавленная внутренняя часть Земли стала остывать и тяжёлые элементы — оседать. С тех пор оно медленно растёт. Эта гипотеза также не объясняет, почему сейсмические волны от землетрясений передвигаются быстрее на восточной стороне внутреннего ядра, чем на западной.
И вот недавно этим явлениям была найдена разгадка: она состоит в том, что ядро более динамично, чем ранее полагали учёные. Руководитель нового исследования геофизик Тьери Альбусьер предположил, что внутреннее ядро твердеет на западе и тает на востоке, то есть восточная часть потихоньку распадается, а в западной части оседает больше железа. Этот процесс можно представить как беговую дорожку: твёрдое железо как бы передвигается на восток со скоростью примерно полтора сантиметра в год, а всего понадобится 100 миллионов лет для того, чтобы внутреннее ядро прошло полный цикл.
Модель, разработанная учёными, объясняет, почему существует большой жидкий слой между внутренним и внешним частями ядра. Если этот слой текучий, а не просто расплавленный, то он будет тяжелее, чем остальное внешнее ядро. И если внутренняя часть кристаллизуется в западной части и плавится в восточной, то это повлияет и на распространение сейсмических волн.
«Если эта модель верна, — говорит Альбусьер, — то внутреннее ядро всё ещё растёт, оно впитывает в себя железо быстрее, чем железо плавится вновь. И, поскольку движение внутренней части влияет на внешнюю, что порождает магнитное поле, теперь учёные должны пересмотреть и магнетизм Земли». Об этом сообщает Информнаука со ссылкой на Sciencemag.org.
УЧЕНЫЕ ОБНАРУЖИЛИ БЫСТРЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ЗЕМНОМ ЯДРЕ
Исследователи из Дании и Германии обнаружили, что движение жидкой части земного ядра может изменяться с необычайно высокой скоростью, оказывая влияние на магнитное поле Земли.
Анализируя данные, полученные с помощью датского спутника Orsted за последние девять лет, д-р Нильс Ольсен (Nils Olsen) из Датского технического университета и его германские коллеги обнаружили быстрые, почти мгновенные изменения магнитного поля Земли. По мнению исследователей, изменения магнитного поля вызваны такими же быстрыми изменениями в движении вещества в земном ядре.
В настоящее время ученые готовят совместный европейский проект Swarm, предполагающий запуск на орбиту сразу трех спутников, которые позволят осуществлять еще более точные измерения магнитного поля Земли. Об этом сообщает CNews.ru со ссылкой на ScienceDaily.
ЯДРО ЗЕМЛИ ПОСТЕПЕННО МЕНЯЕТ ФОРМУ
По мнению французских геофизиков, ядро Земли не симметрично и в нем продолжаются процессы кристаллизации.
Так, в Восточном полушарии, примерно под Россией и Китаем оно постепенно плавится, а в Западном – твердеет, сообщает ARVO.
К таким выводам ученые пришли, исследуя данные сейсмической активности за последние 30 лет. В этот период произошло почти 100 крупных землетрясений.
На основании накопленных данных ученые смогли восстановить форму ядра Земли и его состав, состоящий в основном из железа, причем сердцевина – твердая, а переферия – жидкая. Благодаря этим выводам возможно дальнейшее изучение природы магнитного поля Земли.
Ранее японские исследователи впервые смогли воспроизвести давление и температуру внутреннего железного ядра Земли, использовав для этого так называемую алмазную наковальню.
В результате эксперимента было, в частности, установлено, что плотность железа в центре нашей планеты в 165 раз больше, чем в ее верхних слоях, сообщает “Росбалт”.
В эксперименте в научном центре префектуры Хиого принимали участие специалисты Японского агентства науки и технологии океана и Земли, Токийского технологического института, ряда других организаций.
Я с постоянной периодичностью наблюдаю за компасом и этим летом я несколько раз замечал что он показывает не туда . А так я думал что это какоето магнитное поле в городе влияло на компас . Кстати у меня в машине встроен GPS навигатор и компас , и я по началу думал что это с электроникой что-то не так . Я сравнивал с обычным компасом и очень удивился когда увидел что мой дом , который я ориентировал строго по сторонам света , теперь отклонился градусов на 20 против часовой стрелки.
14:19 6 Декабрь 2010
oratora
Гуру
сообщений 22866
38
Den, а сейчас у вас как? Мой компас в каком был положении, в таком и остался.
14:20 6 Декабрь 2010
Den
Старожил
сообщений 4322
39
Это выходит что земля отклонилась на 20 градусов и например у Москвы стало другая широта и долгота чем была . Если так то и климатический пояс мог стать другим у Москвы . Тогда и у вас ребята где вы живёте изменилось широта и долгота .
14:28 6 Декабрь 2010
Geolog
Завсегдатай
сообщений 809
40
Den Вокруг компаса нет ник4аких металлических предметов? компас кстати тоже может немного врать. лучше еще контрольный какой нибудь использовать.
14:28 6 Декабрь 2010
Den
Старожил
сообщений 4322
41
Сейчас всё нормально это было летом .
14:38 6 Декабрь 2010
oratora
Гуру
сообщений 22866
42
Вообще-то я давно наблюдаю за компасом. Он у меня стоит в одном и том же месте и есть контрольный предмет. Периодически бывают отклонения компаса. Но все потом приходит в норму.
14:53 6 Декабрь 2010
Sonar
Постоялец
сообщений 422
43
Было такое. Тоже стрелка сдвинулась градусов на 20, уже начал думать что хватать и куда бежать. Потом отодвинул от компаса акустическую систему и: о чудо - северный полюс встал на место.
Рекомендовано к прочтению
16:30 6 Декабрь 2010
Operator
Завсегдатай
сообщений 1659
44
Подтверждаю. Было. Я даже своих домашних на пару часов погулять из дома спровадил.
Вдруг, думал, продолжение последует.
16:27 9 Декабрь 2010
spawnman
Модератор
сообщений 6129
45
Спасение жизни зарыто под Землей
Сейсмологи утверждают, что металлическое ядро нашей планеты на самом деле неоднородно по своей структуре и постоянно расслаивается. Благодаря этому и формируется мощное магнитное поле Земли.
Внешние 300 км структуры земного ядра в недрах планеты могут отличаться по плотности от остальной его части. Краевые части ядра обогащены серой и кислородом, и движение этих атомов из постепенно затвердевающего центра ядра кнаружи и формирует магнитное поле Земли. К такому выводу пришли специалисты из британского университета Бристоля университета Кюйсю в Японии.
Ученые объединили результаты целой серии исследований ядра Земли. Для этого были использованы данные нескольких сотен сейсмических датчиков, разделенных на две группы. Первая часть установлена на территории Японии, а вторая - в Европе. С помощью этих датчиков был изучен прохождения через кору, мантию и ядро нашей планеты волн, которые возникали при различных проявлениях сейсмической активности. В частности, были использованы данные о землетрясениях в Океании и Южной Африке, сообщает РИА “Новости”.
Анализ сейсмических волн показал, что внешние 300 км ядра планеты заметно менее плотные, чем его внутренняя часть, которая сопоставима по структуре со сталью. Согласно расчетам специалистов, плотность этого краевого участка может соответствовать наличию в железной структуре как минимум 3% - 5% примесных элементов неметаллического свойства, таких как сера и кислород. Эти примеси могли сформироваться на стадии зарождения планеты более 4,5 млрд лет назад, пишут ученые. Таким образом, внешняя часть ядра постепенно “размягчается”, так как процесс перемещения неметаллических элементов происходит постоянно.
Сейсмологи полагают, что это движение ионов в атомах кислорода и серы ядра может приводить к индукции магнитного поля, которое окружает в настоящее время Землю и защищает ее от бомбардировки солнечного ветра. Если бы магнитного поля не существовало, то эти элементарные частицы могли бы уничтожить жизнь на планете.
Ядром называется наиболее глубокая часть Земли. Это образование диаметром около 3,5 тыс. км, находящееся под мантией, над которой расположен наиболее тонкий слой - кора. Ядро залегает на глубине около 2,9 тыс. километров.
Последние исследования показали, что структура ядра весьма динамична. Так, согласно версии ученых их французских университетов Лиона и Жозефа Фурье, ядро постоянно кристаллизуется в одной его части - западной, при этом в восточной половине происходит интенсивное плавление. Это происходит из-за того, что “сердце” нашей планеты асимметрично.