Для большинства из нас магнитное поле Земли — это не более чем инструмент для удобного чтения карт с помощью современных систем навигации.
Но уже давно доказано, что судоходство — всего лишь незначительная область, в которой используются свойства магнитного поля. На самом деле, если бы не магнитное поле, на Земле не было бы никакой жизни. Оно защищает планету от обгорания после каждой их многочисленных солнечных бурь. Магнитное поле захватывает и удерживает поток электрически заряженных частиц и солнечное излучение.
Магнитное поле Земли было предметом изучения и источником научных споров начиная с 13-го века. Самые ранние исследователи считали, что причиной этого магнитного поля может быть полярная звезда, северная звезда или огромный магнитный остров, расположенный на северном полюсе. Хотя эти исследования могут показаться абсурдными в настоящее время, они преобладали в астрофизике, как научной дисциплине, до 1600 года. Тогда более логичная, хотя и не полностью рациональная гипотеза была представлена Уильямом Гилбертом. В своей работе «DeMagnete», ставшей первой опубликованной научной статьей о магнетизме, он изложил свою теорию и заключил, что сама Земля является магнитной.
Только в 1919 году было сформулировано наиболее рациональное, но не без парадоксов, представление о магнитном поле Земли, которое впоследствии было названо Геодинамо. Только эта гипотеза совместима и логически переплетается со всеми другими астрофизическими и геологическими явлениями: реверсией полюсов, сохранением температурного режима ядра Земли, сплюснутой сфероидной формой Земли и т. д.
Теория Геодинамо
Первую ясную и стройную концепцию геодинамо предложил Уолтер М. Эльзассер, отец нынешней теории Динамо. Он заявил, что магнитное поле Земли является результатом электрических токов, которые индуцируются во внешнем ядре Земли, слое толщиной 2000 км, состоящем главным образом из частиц железа. Единственным возможным источником этого тока может быть конвекция, один из основополагающих принципов физики, связанных с температурой, при которой возникает коллективное движение молекул в жидкостях при нагревании.
Таким образом, проще говоря, частицы железа в жидком внешнем ядре планеты нагреваются твердым внутренним ядром, температура которого соответствует температуре поверхности Солнца. Затем, когда это происходит, например, когда мы варим какую-то жидкость в кастрюле, частицы нагретого расплавленного железа становятся менее плотными, чем сравнительно более холодные, и начинают двигаться вверх. Когда эти частицы удаляются от источника тепла, они остывают, что заставляет их снова опускаться ближе к источнику жара. Этот цикл повторяется постоянно, и частицы железа в нем создают электрические токи, которые, в свою очередь, развивают то спасительное магнитное поле, которое защищает жизнь на нашей планете.
Большой Парадокс
Подобно другим теориям магнитного поля Земли, у геодинамо, несмотря на всю его логичность, есть свои парадоксы. Как это ни странно, эта «классическая модель» магнитного поля Земли не совсем правдоподобна.
Благодаря недавним исследованиям в области знаний о температуре Земли, стало очевидным, что для работы геодинамо необходимо, чтобы четыре миллиарда лет назад Земля находилась в полностью расплавленном состоянии, с горящим ядром с температурой 6800 °C. И оно должно было медленно остыть почти на 3000 °C. Но так как исследования показали, что температура остыла всего на 300 °C, практически невозможно подтвердить на практике теорию геодинамо без дополнительных данных о внешних факторах.
Устранение сложности
Как указано выше, парадокс геодинамо существует только при отсутствии внешних факторов. Хорошо, что эти идеи появились недавно, и эта классическая модель может быть использована для дальнейших исследований без каких-либо сомнений. Новое мышление обращается к оставленной без внимания идее о нерегулярных орбитальных движениях Луны и самой Земли.
В этой связи всегда рассматривалось возможное влияние Луны, но никогда с этой точки зрения. Идея состоит в том, что мантия внешнего ядра Земли деформируется из-за приливных эффектов, вызванных нерегулярным орбитальным движением Земли и Луны. Движение и неустойчивая гравитация могут вызвать флуктуации, которые, в свою очередь, могут стимулировать процесс конвекции жидкого сплава железа в мантии Земли, влияя на классическое явление геодинамо.
Эта теория еще более правдоподобна, если учесть, что точка поворота орбиты Луны находится на некотором расстоянии ниже внешней поверхности Земли. Более того, эта гипотеза может также объяснить случайные тепловые импульсы на Земле. Так что, возможно, эта длинная дискуссия о магнитном поле Земли наконец-то достигла своего завершения.