Земному щиту свыше трех миллиардов лет

"Напряженность древнего земного магнитного поля была сопоставима с его современными показателями, - считает профессор Джон Тардано (John Tarduno) с кафедры наук о Земле и экологии (Department of Earth and Environmental Sciences) Рочестерского университета (в штате Нью-Йорк). - Эти значения заставляют нас предположить, что магнитное поле уже тогда было удивительно мощным и устойчивым. Ну а это в свою очередь означает, что Земля уже 3,2 миллиарда лет назад обладала твердым железным внутренним ядром. Такой срок считается предельным с точки зрения общепризнанных теоретических моделей, описывающих формирование земных структур".

Согласно теории гидромагнитного динамо (по сути, только она одна удовлетворяет всем известным экспериментальным данным), земное магнитное поле порождается конвекцией жидкого электропроводящего металлического ядра, однако ученых всегда интересовали ответы на вопросы, когда сформировалось твердое внутреннее ядро (таящееся в сердцевине жидкого) и какие процессы привели в действие всю ту исполинскую "динамо-машину", что исправно снабжает энергией спасительное магнитное поле. Не менее интересно было бы узнать, в какой именно момент завершилось формирование поля, заключившего в незримую оболочку абсолютно всю планету.

Палеомагнитные данные можно получить только путем исследования каких-то древнейших горных пород. Это сопряжено со множеством специфических трудностей, и поэтому до работ Тардано достоверных сведений на этот счет по сути не было, считалось, что в те давние годы магнитное поле Земли могло уступать нынешнему раз в десять. Предыдущие исследования группы Тардано (в которую, кстати говоря, входили и выходцы из России) уже показали, что еще 2,5 миллиарда лет назад магнитное поле нашей планеты не уступало современному, однако для того, чтобы расширить наши знания еще на 700 миллионов лет, пришлось решить целый ряд сложных проблем.

Традиционный подход к измерениям древнего геомагнитного поля, развитый еще четыре десятилетия назад, заключается в том, что небольшие фрагменты вулканической породы подвергаются нагреву и охлаждению в специальной камере, экранированной от воздействия внешнего магнитного поля. Известно, что поле, заключенное внутри породы, несет в себе отпечаток того момента, когда вышедший на поверхность лавовый поток начинает охлаждаться и образует слабо намагниченные кристаллические частицы. Вот эту-то остаточную намагниченность и нужно уловить, сравнив ее с показаниями эталонных образцов. Сложность в том, что за миллиарды лет минералы подвергаются различным воздействиям со стороны окружающей среды, искажающей и загрязняющей этот первоначальный след (влияние, например, оказывают перепады температур и химические взаимодействия), результаты измерений становятся чрезвычайно ненадежными.

Группа Тардано извлекала частицы полевого шпата и кварца из 3,2-миллиарднолетних гранитных пластов в архейском кратоне (стабильном участке континентальной коры) Каапваал (Kaapvaal), расположенном в Южной Африке (окрестности древнего вулкана с застывшими лавовыми потоками известны своими алмазными копями). Хитрость заключалась в том, что извлекались не просто отдельные неповрежденные кристаллы, а исследовались содержащиеся в них пылинки магнитного железняка нанометровых размеров. Именно в них закодирована та информация о магнитном поле, что не сохраняется в других фрагментах - ведь ее от внешних сил защищает "броня" силиката. В крошечных намагниченных частицах содержится самый точный отпечаток магнитного поля Земли архейской эры.

Вернувшись в лабораторию, исследователи нагревали кристаллические образцы лазерами, и специальный сверхчувствительный датчик - СКВИД (SQUID superconducting quantum interference device - сверхпроводящий квантовый интерференционный датчик, принцип действия которого основан на эффекте Джозефсона; из-за своей исключительной чувствительности к самым слабым магнитным полям СКВИД получил распространение при конструировании микросхем) - был в состоянии обнаружить их крошечные магнитные поля. Исходя из этих данных и зная возраст минералов, группа смогла вычислить некоторые параметры (в числе которых сила и направленность силовых линий земного магнитного поля в то время, когда эти горные породы формировались).

Удивительным оказалось то, что полученное значение многократно превысило ожидаемый результат. "Согласно собранным нами данным, величина напряженности древнейшего магнитного поля составляла по крайней мере 50 процентов от современного значения (40-60 микротесл), - говорит Тардано. - Это означает, что уже 3,2 миллиарда лет назад существовала магнитосфера, защищающая Землю" (нужно отметить, что напряженность геомагнитного поля от экватора к полюсам несколько возрастает, и для наших широт характерно несколько большее значение).

У Марса и Луны 4 миллиарда лет назад имелась своя магнитосфера, но позже они ее лишились. С Луной это произошло между 3,9 и 3,1 миллиарда лет назад (об этом говорят образцы грунта, доставленные с нашего естественного спутника на Землю).

Теперь Тардано и его сотрудники намерены продвинуться еще дальше и изучить горные породы, которым 3,5 миллиарда лет, чтобы застать момент формирования внутреннего ядра Земли и прояснить какие-нибудь подробности тех давних процессов, которые, несомненно, имели какое-то важное влияние на образование атмосферы и развитие жизни на нашей планете (радиация, например, могла вызывать генетические мутации, двигавшие эволюцию).