Ядро Земли давно известно как источник магнитного поля, защищающего планету от космического излучения, но его роль, похоже, куда шире. Новое исследование показывает, что на протяжении сотен миллионов лет изменения магнитного поля шли в одном ритме с уровнем кислорода в атмосфере. Эта связь могла создать условия, при которых на Земле стала возможна сложная жизнь. Об этом сообщает Earth.
Неожиданная синхронность глубин и атмосферы
Команда ученых под руководством геофизика Вэйцзя Куанга из Центра космических полетов Годдарда НАСА проанализировала данные за последние 540 миллионов лет. Исследователи сопоставили историю напряженности геомагнитного поля с независимыми оценками содержания кислорода в атмосфере.
Оказалось, что обе кривые в целом росли и снижались почти одновременно. Наиболее выраженный пик пришелся на период примерно от 330 до 220 миллионов лет назад. При наложении графиков они практически повторяют друг друга, что указывает на устойчивую долгосрочную связь.
Как работает магнитный щит планеты
Геомагнитное поле создается движением расплавленного железа во внешнем ядре Земли. Этот "магнитный пузырь" простирается далеко в космос и направляет потоки заряженных частиц солнечного ветра, снижая воздействие жесткой радиации на атмосферу и поверхность.
При этом поле не является стабильным. Потоки в ядре сложны и изменчивы, поэтому сила магнитного щита со временем колеблется. Данные миссий к Земле, Марсу и Венере показывают, что наличие магнитного поля может замедлять утечку атмосферы, хотя при определенных условиях планеты с полем и без него теряют газы сопоставимыми темпами.
Авторы исследования подчеркивают: речь идет не о простой схеме "чем сильнее поле, тем больше кислорода". Вероятнее всего, оба процесса связаны более глубокими механизмами внутри планеты.
Камни как архив древнего магнетизма
Историю магнитного поля ученые восстанавливают по палеомагнитным данным. Когда лава застывает на морском дне, минеральные зерна ориентируются по направлению поля и "записывают" его параметры. Если породы не нагреваются повторно, этот сигнал может сохраняться сотни миллионов лет.
Прошлые уровни кислорода определяют с помощью геохимических прокси — химических следов в древних породах. Используются данные по железу, сере, углероду и даже следы лесных пожаров, которые возможны лишь при определенной концентрации кислорода.
Эти методы показывают, что после появления сложных животных содержание кислорода в атмосфере в основном находилось в диапазоне 15-30 процентов, с кратковременными всплесками в позднем палеозое.
Суперконтиненты и дыхание планеты
Исследование также связывает найденную корреляцию с тектоникой плит и циклами суперконтинентов. Сборка и распад массивов вроде Пангеи меняют океанские бассейны, климат и тепловые потоки из мантии и ядра.
По мнению Куанга и его коллег, такие перестройки могут одновременно влиять на работу геодинамо и на химический баланс атмосферы — через вулканизм, выветривание и циркуляцию океанов. Это объясняет, почему сила магнитного поля и уровень кислорода менялись синхронно, не будучи прямой причиной друг друга.
Сравнение: Земля и другие каменистые планеты
Земля — единственная известная планета с устойчивой кислородной биосферой и мощным глобальным магнитным полем. Марс утратил большую часть атмосферы после ослабления своего поля, а Венера демонстрирует иной сценарий эволюции без защитного "щита". Такое сравнение усиливает интерес к роли ядра в вопросах обитаемости.
Плюсы и минусы сильного магнитного поля
Сильное магнитное поле защищает атмосферу от солнечного ветра и снижает радиационную нагрузку на поверхность. Оно также может способствовать долгосрочной стабильности климата. В то же время само по себе поле не гарантирует сохранность газов и не объясняет все колебания кислорода без учета геологических процессов.
Популярные вопросы о ядре Земли и кислороде
Как выбрать ключевой фактор обитаемости планеты?
Учитываются расстояние до звезды, атмосфера, магнитное поле и внутренняя активность.
Что лучше сохраняет атмосферу — магнитное поле или гравитация?
Оба фактора важны и работают совместно.
Можно ли применить эти данные к экзопланетам?
Да, они помогают сузить круг миров, потенциально пригодных для жизни.
