Магнитное поле Земли возникло почти в те же самые времена, что и сама Земля. Оно защищает жизнь на нашей планете от губительного космического излучения. Однако недавно сделанное открытие показало: 565 миллионов лет назад магнитному полю Земли не была присуща регулярность; к тому же, его напряженность даже резко понижалась до 10% от современного уровня. Но затем, чудесным образом, всего за несколько десятков миллионов лет, напряженность магнитного поля восстановилась — и это произошло прямо-таки вовремя, ведь на том историческом этапе, известном как "кембрийский взрыв", внезапно возникла сложная многоклеточная жизнь.
Что же могло послужить причиной столь быстрого восстановления напряженности магнитного поля? Ученые все чаще называют следующую причину: появление у Земли внутреннего ядра, т.е. геосферы из твердого железа, которая находится внутри расплавленного внешнего ядра, где бурлящий металл генерирует магнитное поле планеты. Как только появилось внутреннее ядро (а это произошло, возможно, через 4 миллиарда лет после рождения самой Земли), его древовидный рост, благодаря которому происходило поднятие поверхности на несколько миллиметров в год, привел к ускоренным процессам во внешнем ядре. Всё это оказывало влияние на неустойчивое магнитное поле планеты, которое формировало тем самым защитный барьер, призванный оберегать жизнь на Земле. "Внутреннее ядро регенерировало магнитное поле Земли в самый поистине драматический момент эволюции, — поясняет геофизик Джон Тардуно (John Tarduno) из Рочестерского университета. – А что было бы, если бы оно не сформировалось?"
По какой же причине и каким образом в те древние времена у Земли появилось внутреннее ядро? Это одна из многих давних загадок, касающихся внутреннего ядра Земли – т.е. геосферы, которая находится на глубине пяти тысяч километров и по размерам сопоставима с планетой Плутон. "Внутреннее ядро — это планета внутри планеты. У нее есть свой ландшафт, собственная скорость вращения, собственная структура. Оно сокрыто глубоко под землей. И все же, до сих пор не получены ответы на некоторые фундаментальные вопросы, связанные с ним", — поясняет сейсмолог Хрвое Ткалчич (Hrvoje Tkalčić) из Австралийского национального университета (АНУ).
Однако ученые уже постепенно начинают на эти вопросы находить ответы. Анализируя сейсмические волны, которые возникают в результате землетрясений или ядерных испытаний, а затем проникают во внутреннее ядро Земли или же отражаются от него, сейсмологи обнаружили, что внутреннее ядро вращается независимо от остальных геологических слоев нашей планеты. С помощью компьютерных средств ученым удалось создать модель структуры железного расплава, сжатого верхними слоями планеты, и его странное поведение. И теперь экспериментаторы близки к тому, чтобы подтвердить некоторые из своих теоретических выводов – а для этого им потребуется воссоздать в лабораторных условиях экстремальные температуры и давление, характерные для внутреннего ядра.
Геофизик Арвен Деусс (Arwen Deuss) из Утрехтского университета уже вся в предвкушении этих экспериментов, поскольку нынешняя научная атмосфера, связанная с изучением тайн Земли, чем-то напоминает 1960-е годы, когда ученые обнаружили спрединг морского дна [спрединг – процесс раздвигания литосферных плит под действием нагнетаемой снизу магмы в области разломов срединно-океанических хребтов – прим.перев.] и уже находились на пороге открытия тектоники плит, т.е. теории, объясняющей изменения, которые происходят на поверхности Земли. "Вот и теперь у нас тоже имеются все необходимые данные наблюдений", — говорит Деусс. Осталось только объединить их воедино.
В древности люди думали, что центр Земли – полый; в нем находится жилище Аида, горит адский пламень, или же проходит множество каналов, нагревающих океанские воды. В более поздние времена, после ошибочных оценок плотности Луны и Земли, полученных Исааком Ньютоном, Эдмунд Галлей в 1686 году высказал мнение, что Земля представляет собой несколько вложенных друг в друга оболочек, которые окружают вращающуюся сферу, благодаря чему и возникает магнитное поле, которое регистрируется вокруг земной поверхности.
Разобраться в этом явлении нам помогут основные принципы формирования планет. Вполне вероятно, что около 4,5 миллиардов лет назад Земля появилась в результате столкновений многих астероидоподобных "планетезималей" [планетезималь – это небесное тело, вращающееся на орбите вокруг протозвезды; оно образуется в результате постепенного приращения более мелких тел, состоящих из частиц пыли протопланетного диска, – прим.перев.]. Железо, которое было в планетезималях, благодаря своей тяжести, погрузилось в ядро расплавленной Протоземли, а более легкие силикатные породы поднялись, будто кусочки масла на воде, сформировав мантию. При температурах в несколько тысяч градусов и давлении в миллионы атмосфер ядро так и осталось бы расплавленным – даже тогда, когда земная мантия и кора охлаждались и затвердевали.
В начале 20-х годов сейсмологи подтвердили данную точку зрения с помощью важного довода – наличие так называемой "зоны тени". Здесь имеется в виду следующее: когда происходит землетрясение, из района геологического разлома начинают излучаться продольные волны (P-волны), которые распространяются во всех направлениях. А затем возникают вторичные, или поперечные, волны (S-волны). Во время мощных землетрясений сейсмологи регистрировали на противоположной стороне земного шара P-волны после того, как они изгибались в результате прохождения через внутренние слои Земли. Однако странно, что при этом S-волны отсутствовали – такая ситуация могла бы иметь место только в том случае, если предположить, что железное ядро пребывает в жидком состоянии, ведь у жидкости отсутствует жесткость, позволяющая S-волнам сквозь них проходить.
И только в начале 1930-х годов датский сейсмолог-новатор Инге Леманн (Inge Lehmann) зафиксировала еще один вид Р-волн и показала, что ядро Земли не является полностью жидким. Найденные Леманн волны распространялись под углами, что было бы возможно только в том случае, если бы они отражались от чего-то плотного. К 1936 году Леманн пришла к выводу о том, что у Земли существует твердое внутреннее ядро, диаметр которого, как было установлено впоследствии, составляет около 2440 километров – прямо-таки самая настоящая малая планета внутри большой планеты.
