Показания компаса, не показывающие направление истинного севера, и помехи в работе спутников - вот лишь некоторые из проблем, вызванных особенностями магнитного поля Земли.

Магнитное поле излучается по всему миру и далеко в космос, но оно задается процессами, происходящими глубоко в ядре Земли, где температура превышает 5 000 градусов Цельсия.

Новые исследования геофизиков из Университета Лидса показывают, что способ охлаждения этого сверхгорячего ядра является ключом к пониманию причин особенностей - аномалий, как их называют ученые - магнитного поля Земли.

Динамо в центре Земли

При чрезвычайно высоких температурах, наблюдаемых в глубине Земли, ядро представляет собой массу вихрящегося расплавленного железа, которое действует как динамо. Когда расплавленное железо движется, оно создает глобальное магнитное поле Земли.

Конвективные токи поддерживают вращение динамо-машины, поскольку тепло вытекает из ядра в мантию - слой горных пород, простирающийся на 2 900 километров до земной коры.

Исследования доктора Джонатана Маунда и профессора Кристофера Дэвиса из Школы Земли и окружающей среды в Лидсе показали, что этот процесс охлаждения не происходит равномерно по всей Земле - и эти изменения вызывают аномалии в магнитном поле Земли.

Вариации в магнитном поле Земли

Сейсмический анализ показал, что есть регионы мантии, например, под Африкой и в Тихом океане, которые особенно горячие. Компьютерное моделирование, проведенное исследователями, показало, что эти горячие зоны снижают эффект охлаждения ядра, что приводит к региональным или локальным изменениям свойств магнитного поля.

Например, там, где мантия горячее, магнитное поле в верхней части ядра, скорее всего, слабее.

Это приводит к тому, что более слабое магнитное поле проецируется в космос над Южной Атлантикой, что создает проблемы для орбитальных спутников.

Помехи для космической техники

Доктор Маунд, возглавлявший исследование, сказал: "Одна из задач магнитного поля в космосе - отклонять заряженные частицы, испускаемые Солнцем. Когда магнитное поле слабее, этот защитный экран не так эффективен".

"Поэтому, когда спутники проходят над этой зоной, эти заряженные частицы могут нарушить их работу и помешать им".

Ученые знают об аномалии над Южной Атлантикой с тех пор, как начали вести мониторинг и наблюдение за магнитным полем, но неизвестно, является ли она долгоживущей особенностью или чем-то, что произошло совсем недавно в истории Земли.

Как показало исследование, проведенное в Лидсе, аномалии, скорее всего, вызваны различиями в скорости перетекания тепла из ядра Земли в мантию. От того, где во внутренней структуре Земли происходят эти различия в потоках тепла, зависит, как долго они могут существовать.

Доктор Маунд добавил: "Процессы в мантии происходят очень медленно, поэтому мы можем ожидать, что температурные аномалии в нижней мантии останутся неизменными в течение десятков миллионов лет. Поэтому можно ожидать, что свойства создаваемого ими магнитного поля также останутся неизменными на протяжении десятков миллионов лет".

"Но более горячее, внешнее ядро - это довольно динамичная флюидная область. Поэтому тепловые потоки и свойства магнитного поля, которые они вызывают, вероятно, будут колебаться в более коротких временных масштабах, возможно, в течение 100-1000 лет".

Статья "Продольная структура магнитного поля Земли, контролируемая тепловыми потоками нижней мантии" опубликована в журнале Nature Geoscience.