Исследование магнитного поля Земли — Электричество — Высшая школа — Продукция — nau-ra.ru

Исследование магнитного поля Земли — Электричество — Высшая школа — Продукция — nau-ra.ru

Исследование магнитного поля Земли

2. Продукция
3. Высшая школа
4. Электричество
5. Исследование магнитного поля Земли

Назначение

• Измерение горизонтальной составляющей магнитного поля;
• Определение абсолютной величины и направления вектора магнитной индукции в данной точке Земной поверхности.

Устройство

Установка представляет собой конструкцию из немагнитных материалов, которая обеспечивает поворот оси чувствительности датчика магнитного поля в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Измерение угловой координаты оси чувствительности датчика магнитного поля в вертикальной плоскости осуществляется датчиком угла поворота.

Описание

Измерение горизонтальной составляющей магнитного поля осуществляется при повороте оси чувствительности датчика в горизонтальной плоскости (выбор максимального значения индукции и фиксация горизонтальной платформы). После этого датчик магнитного поля поворачивается в вертикальной плоскости и измеряется угловая координата оси чувствительности датчика и соответствующее ей значение модуля магнитной индукции. Максимальные показания датчика магнитного поля возникают при совпадении угла наклона его оси чувствительности с углом магнитного наклонения.

Цена — по запросу. 

---

Наш телефон: +7 (495) 642-00-62; +7 (985) 291-77-50

4s» data-wow-duration=»500ms»>Общие вопросы: [email protected]

Подпишитесь на нашу рассылку!

Узнайте о наших новостях, проектах, новинках первыми

Мы открыты для общения

Гарантируем быструю реакцию
на обращения через форму обратной связи

Служба технической поддержки

Задать вопрос по работе с программой или оборудованием:

[email protected]

Получить помощь по цифровой лаборатории «

Наураша в стране Наурандии»:

8s»>+7 (495) 766-24-23, 8 (800) 505-23-48

[email protected]

Вопросы по продукции

Оформить заказ или предложить сотрудничество:

+7 (985) 291-77-50,    +7 (495) 642-00-62

[email protected]

Мы заботимся о качестве нашей продукции!

{literal}{/literal}

В.П. Щербаков рассказал о работах по изучению магнитного поля Земли

28.04.2021

_{Валерий Прохорович Щербаков (фото: ИА «Научная Россия»)}

Магнитное поле Земли, по современным представлением, защищает нас от солнечного ветра и космического излучения, обеспечивая тем самым целостность атмосферы и пригодность нашей планеты для жизни. Профессор Валерий Прохорович Щербаков, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией палеомагнетизма и исследования вещества горных пород Геофизической обсерватории «Борок» ИФЗ РАН, рассказал в интервью ИА «Научная Россия» об исследованиях геомагнитного поля, его инверсий и эволюции в целом. 

История лаборатории:

Лаборатория была основана 60 лет тому назад Александром Сергеевичем Большаковым, который приехал в Борок вскоре после того, как наш поселок организовался как научный центр. Со дня своего создания лаборатория занимается двумя темами: изучением поведения геомагнитного поля в геологическом прошлом и исследованием вещества горных пород с помощью электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа и других аналитических методов.

   

_{Образцы горных пород, хранящие магнитную запись о состоянии геомагнитного поля в геологическом прошлом, подготовленные для исследований}

_{(фото: ИА «Научная Россия»)}

 

Создание приборов:

Специфика изучения палеомагнетизма и магнетизма горных пород не позволяет применять стандартные физические приборы, используемые в физике магнетизма. Мы изучаем породы с очень слабой намагниченностью и со слабыми полями, индуцирующими эту намагниченность. Физики обычно имеют дело с сильными материалами и сильными магнитными полями, и, как правило, их приборы просто не подходили. Сначала мы приглашали в лабораторию хороших инженеров, которые строили самодельные приборы, учитывая иностранный опыт. Даже в советское время у нас были достаточно сильные связи по разным каналам, в том числе, и по приборостроению. Тогда нами были построены самодельные астатические магнитометры, а позже так называемый рок-генератор, который делали уже в массовом порядке в Баку. Этот прибор был страшно тяжелый, переносить его можно было только вдвоем, но, тем не менее, свою функцию он выполнял.

«Для наших целей также необходимо измерять намагниченность образцов при нагреве при высоких температурах, одновременно прикладывая к образцам магнитное поле. Для того чтобы совместить нагрев и измерения, Константин Бураков из Института физики Земли изобрёл термомагнитометр с вибрирующим образцом (внутри печки в пермаллоевом немагнитном экране вибрировал вертикально расположенный образец). Этот прибор довольно долго и успешно работал в московской лаборатории нашего института. В это же время в Борке появился талантливый инженер Юрий Виноградов, который повторил и модернизировал прибор Буракова. В новом варианте термомагнитометр теперь «умеет» измерять полный вектор намагниченности во время  нагрева и охлаждения  образца. Сейчас наш прибор модернизирован и целиком управляется компьютером», — рассказал Валерий Прохорович.

    

_{Пульт управления вибрационным магнитометром                                 Вибрационный магнитометр}

_{(фото: ИА «Научная Россия»)}

 

Исследование инверсий магнитного поля Земли:

Исследование инверсий — очень интересная и плодотворная область научных изысканий. В настоящее время в нашем распоряжении имеется стандартная геологическая стратиграфическая шкала, а также магнитостратиграфическая шкала, у истоков которой стоял выдающийся палеомагнитолог Алексей Никитич Храмов (Санкт-Петербург). Согласно этой шкале, в течение последних полмиллиарда лет инверсии магнитного поля Земли происходили не менее тысячи раз. При этом последние 160 миллионов лет изучены достаточно подробно, и с высокой степенью надёжности можно сказать, что за это время в среднем каждые 200 тысяч лет происходила инверсия, когда полюса менялись местами.

Сам по себе процесс инверсии занимает примерно 10000 лет, в течение этого периода положение магнитных полюсов постепенно смещается от полярных областей в сторону средних и экваториальных широт,  параллельно этому напряжённость поля убывает до значений, раз в 10 меньше её современной величины.

Через несколько тысяч лет поле начинает восстанавливаться по величине и стабилизироваться по направлению, но только с обратным расположением геомагнитных полюсов. Таким образом, в самый разгар инверсии геомагнитный диполь как бы «исчезает», остаются только мультипольные составляющие геомагнитного поля с достаточно сложной геометрией. 

Если сейчас (в нормальный период), благодаря дипольному характеру поля,  имеются хорошо выраженные северный и южный магнитные полюса, то во время инверсии, при слабой дипольной компоненте, их может быть, например, четыре. К тому же, они быстро перемещаются по земной поверхности в силу высокой нестабильности поля.

Что же касается геологических эпох, то напряжённость поля и в стабильные периоды по ходу эволюции Земли как планеты может существенно изменяться. Скажем, часть мезозоя, в интервале от 130 до 250 миллионов лет тому назад, характеризуется напряжённостью примерно в три раза меньше, чем в настоящее время. Если же уходить вглубь времён на миллиарды лет, то возникает другой интересный вопрос: когда  вообще возникло геомагнитное поле? Согласно современным данным, это случилось достаточно рано. Если самой Земле как планете примерно 4 миллиарда 500 миллионов лет, то геомагнитное поле уже точно генерировалось 4 миллиарда лет тому назад. На самом деле, это экзистенциальное событие: солнечный ветер, особенно на ранних стадиях зарождения Земли, снес бы всю атмосферу, если бы не магнитное поле – тот самый пресловутый защитный экран.

«В обозримом будущем очередная инверсия геомагнитного поля маловероятна, но этого нельзя исключить полностью. Как показывают расчёты, статистическая вероятность того, что она произойдет в ближайшие 30 тысяч лет – примерно 5 процентов. Не так уж и мало. К тому же, как известно из инструментальных наблюдений, в последние 400 лет напряжённость магнитного поля Земли падает примерно на 5 % за столетие. Остановится ли это падение в последующие несколько столетий – большой вопрос. Иначе говоря, человечеству нужно быть готовым к тому, что в ближайшие 200-300 лет поле может сильно измениться», — поделился В.П. Щербаков.

_{Печь в пермаллоевом экране, помещённая в кольца Гельмгольца     Архив коллекции образцов горных пород}

_{(фото: ИА «Научная Россия»)}

 

Полный текст интервью:

На странице ИА «Научная Россия»  https://scientificrussia.ru/news/shchit-i-mech-zemli

Другие Новости

30.05.2023

Рубен Эдуардович Татевосян рассказал о частоте землетрясений на нашей планете

30.05.2023

Cеминар «Фундаментальные проблемы экологической геофизики и вулканологии»

29. 05.2023

Прием документов на соискание премий Правительства Москвы молодым учёным 2023

29.05.2023

7 июня 2023 г. состоится очно-дистанционное заседание Ученого совета ИФЗ РАН

29.05.2023

Открыт конкурс на замещение вакантной должности в.н.с.

Смотреть все

Vital Signs of the Planet

Магнитосфера Земли, как бы она выглядела, если бы у нас были «очки магнитного поля». Форма создается взаимодействием солнечного ветра с собственным магнитным полем Земли. Предоставлено: Калифорнийский университет Риджентс

Алан Буис,
Лаборатория реактивного движения НАСА

Среди четырех скалистых планет в нашей Солнечной системе можно сказать, что «магнитная» индивидуальность Земли вызывает зависть у ее межпланетных соседей.

В отличие от Меркурия, Венеры и Марса, Земля окружена огромным магнитным полем, называемым магнитосферой. Созданная мощными динамическими силами в центре нашего мира, наша магнитосфера защищает нас от эрозии нашей атмосферы солнечным ветром (заряженные частицы, которые наше Солнце постоянно извергает в нас), эрозии и излучения частиц от выбросов корональной массы (массивные облака энергетических намагниченная солнечная плазма и излучение), а также космические лучи из дальнего космоса. Наша магнитосфера играет роль привратника, отталкивая эту нежелательную энергию, вредную для жизни на Земле, удерживая большую ее часть на безопасном расстоянии от поверхности Земли в двойных зонах в форме пончиков, называемых поясами Ван Аллена.

Воздействие космической погоды. 1 кредит

Но магнитосфера Земли не является идеальной защитой. Изменения солнечного ветра могут нарушить его, что приведет к «космической погоде» — геомагнитным бурям, которые могут проникать в нашу атмосферу, угрожая космическим кораблям и астронавтам, нарушая работу навигационных систем и нанося ущерб энергосистемам. С положительной стороны, эти бури также производят эффектное северное сияние на Земле. Солнечный ветер создает временные трещины в щите, позволяя некоторой энергии ежедневно проникать на поверхность Земли. Однако, поскольку эти вторжения кратковременны, они не вызывают серьезных проблем.

Это изображение красочного полярного сияния было получено в Дельта-Джанкшн, Аляска, 10 апреля 2015 года. Все полярные сияния создаются энергичными электронами, которые падают дождем из магнитного пузыря Земли и взаимодействуют с частицами в верхних слоях атмосферы, создавая светящиеся огни, которые тянутся через небо. Предоставлено: Изображение предоставлено Себастьяном Саарлоосом.

Получить новости НАСА об изменении климата: Подписаться на информационный бюллетень »

Поскольку силы, генерирующие магнитное поле Земли, постоянно меняются, само поле также находится в постоянном движении, его сила то растет, то ослабевает со временем. Это приводит к тому, что положение северного и южного магнитных полюсов Земли постепенно смещается и полностью меняется примерно каждые 300 000 лет или около того. Вы можете узнать, почему изменения и сдвиги полярности магнитного поля не влияют на климат во временных масштабах человеческой жизни и не являются причиной недавнего наблюдаемого потепления Земли 9.0005 здесь .

Запущенная в ноябре 2013 года Европейским космическим агентством (ЕКА) группировка из трех спутников Swarm позволяет по-новому взглянуть на работу глобального магнитного поля Земли. Магнитное поле, создаваемое движением расплавленного железа в ядре Земли, защищает нашу планету от космического излучения и заряженных частиц, испускаемых нашим Солнцем. Он также обеспечивает основу для навигации с помощью компаса.

Основанное на данных Swarm, верхнее изображение показывает среднюю напряженность магнитного поля Земли на поверхности (измеряемую в нанотеслах) в период с 1 января по 30 июня 2014 года. Второе изображение показывает изменения этого поля за тот же период. Хотя цвета на втором изображении такие же яркие, как и на первом, обратите внимание, что самые большие изменения были плюс-минус 100 нанотесла в поле, которое достигает 60 000 нанотесла. Предоставлено: Европейское космическое агентство/Технический университет Дании (ESA/DTU Space).

Чтобы понять силы, управляющие магнитным полем Земли, полезно сначала отделить четыре основных слоя земной «луковицы» (твердой Земли):

1. Кора, в которой мы живем, составляет около 19 миль (31 километров) в среднем на суше и около 3 миль (5 километров) на дне океана.
2. Мантия, горячая вязкая смесь расплавленной породы толщиной около 1800 миль (2900 километров).
3. Внешнее ядро ​​толщиной около 1400 миль (2250 километров), состоящее из расплавленного железа и никеля.
4. Внутреннее ядро, твердая сфера толщиной примерно 759 миль (1221 км) из железа и никеля, примерно такая же горячая, как поверхность Солнца.

Внутренняя структура Земли: плотное твердое металлическое ядро, вязкое металлическое внешнее ядро, мантия и силикатная кора. Кредит: НАСА

Почти все геомагнитное поле Земли создается в жидком внешнем ядре. Подобно кипящей воде в печи, конвективные силы (которые перемещают тепло из одного места в другое, обычно через воздух или воду) постоянно взбивают расплавленные металлы, которые также закручиваются водоворотами, движимыми вращением Земли. Когда эта вращающаяся масса металла движется вокруг, она генерирует электрические токи шириной в сотни миль, которые текут со скоростью тысячи миль в час по мере вращения Земли.

Этот механизм, отвечающий за поддержание магнитного поля Земли, известен как геодинамо.

Иллюстрация динамо-механизма, создающего магнитное поле Земли: конвекционные токи жидкого металла во внешнем ядре Земли, приводимые в движение тепловым потоком из внутреннего ядра, организованные в рулоны силой Кориолиса, создают циркулирующие электрические токи, которые генерируют магнитное поле. Предоставлено: Эндрю З. Колвин, CC BY-SA 4.0, через Викисклад.

На поверхности Земли магнитное поле образует два полюса (диполь). Северный и южный магнитные полюса имеют противоположные положительные и отрицательные полярности, как стержневой магнит. Невидимые линии магнитного поля движутся по замкнутой непрерывной петле, втекая в Землю на северном магнитном полюсе и выходя на южном магнитном полюсе. Солнечный ветер сжимает форму поля на стороне Земли, обращенной к Солнцу, и растягивает его в длинный хвост на стороне, обращенной к ночи.

Изучение прошлого магнетизма Земли называется палеомагнетизмом. Прямые наблюдения магнитного поля ведутся всего несколько столетий назад, поэтому ученые полагаются на косвенные доказательства. Магнитные минералы в древних ненарушенных вулканических и осадочных породах, озерных и морских отложениях, потоках лавы и археологических артефактах могут выявить силу и направления магнитного поля, когда произошла инверсия магнитных полюсов и многое другое. Изучая глобальные свидетельства и данные со спутников и геомагнитных обсерваторий, а также анализируя эволюцию магнитного поля с помощью компьютерных моделей, ученые могут построить историю того, как поле менялось в течение геологического времени.

Простая визуализация магнитосферы Земли во время равноденствия. Авторы и права: Студия научной визуализации НАСА. Земля окружена системой магнитных полей, называемой магнитосферой. Магнитосфера защищает нашу родную планету от вредного солнечного и космического излучения, но она может менять форму в ответ на поступающую от Солнца космическую погоду. Предоставлено: Студия научной визуализации НАСА.

срединно-океанических хребтов Земли, где формируются тектонические плиты, предоставляют палеомагнетикам данные примерно на 160 миллионов лет назад. Поскольку лава постоянно извергается из хребтов, она растекается и остывает, а содержащиеся в ней богатые железом минералы выравниваются с геомагнитным полем, указывая на север. Как только лава остывает примерно до 1300 градусов по Фаренгейту (700 градусов по Цельсию), сила и направление магнитного поля в это время «вмораживаются» в скалу. Эта запись магнитного поля может быть обнаружена путем отбора проб и радиометрического датирования породы.

Исследования магнитного поля Земли раскрыли большую часть ее истории.

Магнитные полосы вокруг срединно-океанических хребтов раскрывают историю магнитного поля Земли на протяжении миллионов лет. Изучение прошлого магнетизма Земли называется палеомагнетизмом. 1 кредит

Например, мы знаем, что за последние 200 лет магнитное поле ослабло примерно на 9 процентов в среднем по миру. Тем не менее, палеомагнитные исследования показывают, что это поле на самом деле является самым сильным за последние 100 000 лет и в два раза превышает его среднее значение за миллион лет.

Мы также знаем, что в магнитосфере есть известное «слабое место», которое присутствует круглый год. Расположенная над Южной Америкой и южной частью Атлантического океана, Южно-Атлантическая аномалия (ЮАА) представляет собой область, где солнечный ветер проникает ближе к поверхности Земли. Он создается комбинированным влиянием геодинамо и наклона магнитной оси Земли. Хотя заряженные солнечные частицы и частицы космических лучей внутри САА могут поджарить электронику космического корабля, они не влияют на жизнь на поверхности Земли.

Мы знаем, что положение магнитных полюсов Земли постоянно меняется. С тех пор, как в 1831 году он был впервые точно обнаружен офицером британского Королевского флота и полярным исследователем сэром Джеймсом Кларком Россом, положение северного магнитного полюса постепенно сместилось на северо-северо-запад более чем на 600 миль (1100 километров), а его поступательная скорость увеличилась с примерно от 10 миль (16 километров) в год до примерно 34 миль (55 километров) в год.

Магнитное поле Земли действует как защитный щит вокруг планеты, отталкивая и улавливая заряженные частицы от Солнца. Но над Южной Америкой и южной частью Атлантического океана необычно слабое место в поле, называемое Южно-Атлантической аномалией, или ЮАА, позволяет этим частицам опускаться ближе к поверхности, чем обычно. В настоящее время SAA не оказывает видимого влияния на повседневную жизнь на поверхности. Однако недавние наблюдения и прогнозы показывают, что регион расширяется на запад и его интенсивность продолжает ослабевать. Южноатлантическая аномалия также представляет интерес для ученых НАСА, занимающихся изучением Земли, которые следят за изменениями магнитной силы там, как с точки зрения того, как такие изменения влияют на атмосферу Земли, так и как показатель того, что происходит с магнитными полями Земли глубоко внутри земного шара. Предоставлено: Студия научной визуализации НАСА.

Магнитные полюса Земли не совпадают с ее геодезическими полюсами, с которыми большинство людей более знакомы. Расположение геодезических полюсов Земли определяется осью вращения, вокруг которой вращается наша планета. Эта ось не вращается равномерно, как глобус на вашем столе. Вместо этого он слегка качается. Это приводит к тому, что положение истинного северного полюса со временем немного смещается. Этому блужданию способствуют многочисленные процессы на поверхности Земли и в ее недрах, но в первую очередь это связано с движением воды вокруг Земли. С тех пор, как начались наблюдения, положение оси вращения Земли сместилось в сторону Северной Америки примерно на 37 футов (12 метров), но не более чем на 7 дюймов (17 сантиметров) в год. Эти колебания не влияют на нашу повседневную жизнь, но их необходимо учитывать для получения точных результатов от глобальных навигационных спутниковых систем, спутников наблюдения Земли и наземных обсерваторий. Колебания могут рассказать ученым о прошлых климатических условиях, но они являются следствием изменений в континентальных запасах воды и ледяных щитов с течением времени, а не их причиной.

Северные полюса падения, наблюдаемые в период с 1831 по 2007 год, обозначены желтыми квадратами. Смоделированные положения полюсов с 1590 по 2020 год представляют собой круги, меняющиеся от синего до желтого. Наблюдаемые южные полюса падения в период с 1903 по 2000 год отмечены желтыми квадратами. Смоделированные положения полюсов с 1590 по 2020 год представляют собой круги, меняющиеся от синего до желтого. Кредит: NOAA/NCEI

Безусловно, самые драматические изменения, влияющие на магнитосферу Земли, — это инверсия полюсов. Во время инверсии полюсов северный и южный магнитные полюса Земли меняются местами. Хотя это может показаться чем-то большим, на самом деле смена полюсов в геологической истории Земли — обычное дело. Палеомагнитные записи, в том числе те, которые показывают изменения напряженности магнитного поля, говорят нам, что магнитные полюса Земли менялись местами 183 раза за последние 83 миллиона лет и по крайней мере несколько сотен раз за последние 160 миллионов лет. Временные интервалы между обращениями сильно колебались, но в среднем составляют около 300 000 лет, причем последнее произошло около 780 000 лет назад. Ученые не знают, что влияет на частоту инверсий полюсов, но это может быть связано с конвекционными процессами в мантии Земли.

Положения Северного магнитного полюса Земли. Показанные полюса представляют собой наклонные полюса, определяемые как положения, в которых направление магнитного поля является вертикальным. Красными кружками отмечены положения магнитного северного полюса, определенные прямым наблюдением; синими кружками отмечены позиции, смоделированные с использованием модели GUFM (1590–1890 гг.) и модели IGRF-12 (1900–2020 гг.) с шагом в один год. Для 1890–1900 годов была выполнена гладкая интерполяция между двумя моделями. Смоделированные местоположения после 2015 года являются прогнозами. Предоставлено: Cavit, CC BY 4.0, через Викисклад.

При смене полюса магнитное поле ослабевает, но не исчезает полностью. Магнитосфера вместе с атмосферой Земли по-прежнему продолжают защищать нашу планету от космических лучей и заряженных солнечных частиц, хотя небольшое количество твердых частиц может достигать поверхности Земли. Магнитное поле перемешивается, и на неожиданных широтах может появиться несколько магнитных полюсов.

Земля не всегда вращается вокруг оси, проходящей через ее полюса. Вместо этого он неравномерно колеблется с течением времени, дрейфуя в сторону Северной Америки на протяжении большей части 20-го века (зеленая стрелка). Это направление резко изменилось из-за изменения массы воды на Земле. Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт. Примерно до 2000 года ось вращения Земли смещалась в сторону Канады (зеленая стрелка, левый глобус). Ученые Лаборатории реактивного движения рассчитали влияние изменений массы воды в разных регионах (в центре глобуса) на смещение направления дрейфа на восток и ускорение скорости (правый глобус). Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт. Взаимосвязь между массой континентальной воды и колебанием оси вращения Земли с востока на запад. Потери воды из Евразии соответствуют колебаниям на восток в общем направлении оси вращения (вверху), а притоки Евразии сдвигают ось вращения на запад (внизу). Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

Никто точно не знает, когда может произойти следующая инверсия полюсов, но ученые знают, что это не произойдет за одну ночь. Вместо этого они происходят в течение сотен или тысяч лет. У ученых нет оснований полагать, что переворот неизбежен.

Геомагнитная полярность за последние 169 миллионов лет, уходящая в юрскую тихую зону. Темные области обозначают периоды нормальной полярности, светлые области обозначают обратную полярность. Кредит: общественное достояние Суперкомпьютерные модели магнитного поля Земли. Слева — нормальное диполярное магнитное поле, типичное для долгих лет между сменами полярности. Справа — своего рода сложное магнитное поле Земли во время инверсии. Предоставлено: Калифорнийский университет в Санта-Круз/Гэри Глатцмайер.

Наконец, существуют «геомагнитные экскурсии»: кратковременные, но значительные изменения напряженности магнитного поля, длящиеся от нескольких столетий до нескольких десятков тысяч лет. Экскурсии происходят примерно в 10 раз чаще, чем инверсии полюсов. Экскурсия может переориентировать магнитные полюса Земли на целых 45 градусов по сравнению с их предыдущим положением и уменьшить силу поля до 20 процентов. Экскурсионные мероприятия, как правило, носят региональный, а не глобальный характер. За последние 70 000 лет произошло три значительных экспансии: событие Норвежско-Гренландского моря около 64 500 лет назад, событие Лашампа между 42 000 и 41 000 лет назад и событие озера Моно около 34 500 лет назад.

Происхождение магнитного поля Земли остается загадкой | Новости Массачусетского технологического института

Микроскопические минералы, извлеченные из древнего обнажения Джек-Хиллз в Западной Австралии, стали предметом интенсивного геологического изучения, поскольку они, кажется, несут следы магнитного поля Земли, существовавшего еще 4,2 миллиарда лет назад. Это почти на 1 миллиард лет раньше, чем считалось ранее, когда возникло магнитное поле, и почти в то время, когда сформировалась сама планета.

Какой бы интригующей ни была эта история происхождения, команда под руководством Массачусетского технологического института обнаружила доказательства обратного. В статье, опубликованной сегодня в журнале Science Advances , команда исследовала кристаллы того же типа, называемые цирконами, извлеченными из того же обнажения, и пришла к выводу, что цирконы, которые они собрали, ненадежны в качестве регистраторов древних магнитных полей.

Другими словами, до сих пор не выяснено, существовало ли магнитное поле Земли раньше, чем 3,5 миллиарда лет назад.

«Нет надежных доказательств наличия магнитного поля до 3,5 миллиардов лет назад, и даже если поле существовало, будет очень трудно найти доказательства его существования в цирконах Джек-Хиллз», — говорит Кауэ Борлина, аспирант. в Департаменте наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института (EAPS). «Это важный результат в том смысле, что мы знаем, чего больше не искать».

Борлина является первым автором статьи, в которую также входят профессор EAPS Бенджамин Вайс, главный научный сотрудник Эдуардо Лима и научный сотрудник Массачусетского технологического института Джахандар Рамезан, а также другие представители Кембриджского университета, Гарвардского университета, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Университет Алабамы и Принстонский университет.

Возбужденное поле

Считается, что магнитное поле Земли играет важную роль в обеспечении обитаемости планеты. Мало того, что магнитное поле задает направление наших стрелок компаса, оно также действует как своего рода щит, отражая солнечный ветер, который в противном случае мог бы разъесть атмосферу.

Ученые знают, что сегодня магнитное поле Земли питается от затвердевания жидкого железного ядра планеты. Охлаждение и кристаллизация ядра взбалтывают окружающее жидкое железо, создавая мощные электрические токи, которые генерируют магнитное поле, простирающееся далеко в космос. Это магнитное поле известно как геодинамо.

Многочисленные доказательства показали, что магнитное поле Земли существовало по крайней мере 3,5 миллиарда лет назад. Однако считается, что ядро ​​планеты начало затвердевать всего 1 миллиард лет назад, а это означает, что магнитное поле должно было управляться каким-то другим механизмом до 1 миллиарда лет назад. Определение того, когда именно сформировалось магнитное поле, может помочь ученым выяснить, что именно его создало.

Борлина говорит, что происхождение магнитного поля Земли может также пролить свет на ранние условия, в которых закрепились первые формы жизни на Земле.

«В первый миллиард лет существования Земли, между 4,4 и 3,5 миллиардами лет, именно тогда зарождалась жизнь, — говорит Борлина. «Имеющееся ли у вас магнитное поле в то время имеет разные последствия для среды, в которой зародилась жизнь на Земле. Это мотивация нашей работы».

«Циркону нельзя доверять»

Ученые традиционно использовали минералы в древних горных породах для определения ориентации и интенсивности магнитного поля Земли в прошлом. По мере формирования и охлаждения породы электроны внутри отдельных зерен могут смещаться в направлении окружающего магнитного поля. Как только камень остывает до определенной температуры, известной как температура Кюри, ориентация электронов, так сказать, фиксируется. Ученые могут определить их возраст и использовать стандартные магнитометры для измерения их ориентации, для оценки силы и ориентации магнитного поля Земли в данный момент времени.

С 2001 года Вайс и его группа изучают намагниченность камней и зерен циркона из Джек-Хиллз, преследуя сложную цель установить, содержат ли они древние записи магнитного поля Земли.

«Цирконы Джек-Хиллз — одни из самых слабомагнитных объектов, изученных в истории палеомагнетизма, — говорит Вайс. «Кроме того, эти цирконы включают самые старые известные земные материалы, а это означает, что существует множество геологических событий, которые могли сбросить их магнитные записи».

В 2015 году отдельная исследовательская группа, которая также начала изучать цирконы из Джек-Хиллз, утверждала, что они нашли доказательства наличия магнитного материала в цирконах, возраст которых, по их мнению, составляет 4,2 миллиарда лет — первое свидетельство того, что магнитное поле Земли могло существовать до 3,5 миллиарда лет назад.

Но Борлина отмечает, что команда не подтвердила, действительно ли обнаруженный ими магнитный материал образовался во время или после образования кристалла циркона 4,2 миллиарда лет назад — цель, которую он и его команда поставили перед собой в своей новой статье.

Борлина, Вайс и их коллеги собрали горные породы из того же обнажения Джек-Хиллз и из этих образцов извлекли 3754 зерна циркона, каждое длиной около 150 микрометров, что примерно равно ширине человеческого волоса. Используя стандартные методы датирования, они определили возраст каждого зерна циркона, который колебался от 1 миллиарда до 4,2 миллиарда лет.

Около 250 кристаллов старше 3,5 миллиардов лет. Команда изолировала и сделала изображения этих образцов, ища признаки трещин или вторичных материалов, таких как минералы, которые могли отложиться на кристалле или внутри него после того, как он полностью сформировался, и искала доказательства того, что они были значительно нагреты за последние несколько миллиардов лет. лет с момента их образования. Из этих 250 они идентифицировали только три циркона, которые были относительно свободны от таких примесей и, следовательно, могли содержать подходящие магнитные записи.

Затем команда провела подробные эксперименты с этими тремя цирконами, чтобы определить, какие виды магнитных материалов они могут содержать. В конце концов они определили, что магнитный минерал, называемый магнетитом, присутствовал в двух из трех цирконов. Используя квантовый алмазный магнитометр с высоким разрешением, команда изучила поперечные сечения каждого из двух цирконов, чтобы отобразить расположение магнетита в каждом кристалле.

Они обнаружили магнетит, лежащий вдоль трещин или поврежденных зон внутри цирконов. Такие трещины, говорит Борлина, являются путями, которые позволяют воде и другим элементам проникать внутрь скалы. Такие трещины могли пропускать вторичный магнетит, осевший в кристалле гораздо позже, чем при первоначальном образовании циркона. В любом случае, говорит Борлина, доказательства очевидны: эти цирконы нельзя использовать в качестве надежного регистратора магнитного поля Земли.

«Это доказательство того, что мы не можем доверять этим измерениям циркона для записи магнитного поля Земли», — говорит Борлина. «Мы показали, что до 3,5 миллиардов лет назад мы до сих пор не знаем, когда появилось магнитное поле Земли».

«Для меня эти результаты вызывают большие сомнения в способности цирконов Джек-Хиллз точно регистрировать интенсивность палеомагнитного поля до 3,5 миллиардов лет», — говорит Энди Биггин, профессор палеомагнетизма в Ливерпульском университете, который был не участвует в исследовании.