Глубоко под Тихим океаном внутри Земли произошло нечто странное. В 2010 году мощный поток жидкого железа, двигавшийся в одном направлении в течение многих лет, внезапно изменил направление. Ученые этого не ожидали. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Studies of Earth’s Deep Interior.
Ещё более удивительно, что эксперты смогли оценить полный масштаб этих изменений только благодаря спутникам, вращающимся на орбите на высоте сотен километров над Землёй. Это открытие позволяет исследователям по-новому взглянуть на одну из наименее изученных частей планеты: вращающееся внешнее ядро, которое генерирует магнитное поле Земли.
Магнитное поле имеет гораздо большее значение, чем многие думают. Оно защищает Землю от вредных заряженных частиц, исходящих от Солнца. Без него спутники, энергетические системы, космические аппараты и даже некоторые участки атмосферы подвергались бы гораздо большему воздействию солнечной радиации.
Теперь исследователи обнаруживают признаки того, что глубинные слои Земли могут быть более активными и непредсказуемыми, чем считалось ранее. Внешнее ядро планеты находится примерно в 1370 милях под поверхностью Земли. Оно состоит в основном из расплавленного железа и никеля. Двигаясь, этот перегретый металл создает геомагнитное поле, окружающее планету.
На протяжении десятилетий ученые считали, что крупномасштабные потоки во внешнем ядре Земли неуклонно дрейфуют на запад. Затем ситуация изменилась. Новое исследование показало, что в 2010 году обширная область богатой железом жидкости под экваториальной частью Тихого океана перешла от слабого движения на запад к сильному движению на восток.
Исследователи проанализировали данные, собранные в период с 1997 по 2025 год как со спутников, так и с наземных наблюдений. Исследование возглавил Фредерик Даль Мадсен из Школы геологических наук Эдинбургского университета. Его команда использовала данные измерений, полученные в ходе миссий Swarm и CryoSat Европейского космического агентства, а также данные немецкой миссии CHAMP и датской миссии Ørsted.
Эти изменения были настолько резкими, что поставили под сомнение давние представления о том, как ведет себя ядро Земли.
«Масштабное изменение направления течения под Тихим океаном поднимает новые вопросы о поведении глубоких слоев Земли», — сказал Мадсен. «Теперь ученые хотят понять, представляет ли собой это изменение направление кратковременные колебания, часть повторяющейся осцилляции или новое стабильное равновесие для циркуляции в ядре галактики».
Мадсен отметил, что постоянный мониторинг будет иметь важное значение для определения того, как будет развиваться поток в ближайшие годы. Ядро Земли невозможно наблюдать напрямую. Считается, что температура там сравнима с температурой на поверхности Солнца, а давление просто сокрушительное.
Вместо этого ученые изучают едва заметные изменения магнитного поля Земли, чтобы понять, что происходит под землей. Именно здесь спутники стали критически важны. Европейское космическое агентство запустило три спутника Swarm в 2013 году. Каждый из них оснащен чрезвычайно чувствительными магнитометрами, способными измерять мельчайшие изменения магнитного поля с поразительной точностью.
Спутники движутся скоординированными группами вокруг Земли, что позволяет исследователям отделять магнитные сигналы от ядра планеты от помех, вызванных земной корой, океанами, атмосферой и космической погодой. Спутниковые данные выявили быстро меняющиеся структуры потоков и волнообразные ускорения, скрытые в более старых массивах данных.
Ученые также связали тихоокеанскую инверсию магнитного поля с геомагнитным событием, известным как геомагнитный рывок 2017 года, — внезапным изменением поведения магнитного поля Земли.
«Хотя аппарат Swarm был запущен после драматического события 2010 года, связанного с изменением орбиты Земли, он предоставил высокоточные данные, которые позволяют нам узнать больше о внутреннем ядре Земли в последующий период», — сказала Аня Стромме, руководитель миссии проекта. «Важно отметить, что Swarm обеспечивает непрерывное глобальное покрытие на протяжении многих лет, позволяя ученым отслеживать эволюцию динамики ядра галактики с течением времени, а не полагаться только на наземные магнитные обсерватории».
Стромме отметила, что длительные спутниковые магнитные измерения позволяют исследователям отслеживать изменения геодинамо в режиме, близком к реальному времени, и улучшать модели эволюции магнитного поля Земли.
«Будущие наблюдения, полученные в ходе таких миссий, как Swarm, сыграют решающую роль», — сказала она.
Возможно, это изменение не произошло изолированно.
«Усиление сильного восточного течения в Тихом океане совпадает по времени с изменением поведения во внутренней части океана, как следует из данных геодезии и сейсмологии, и мы предполагаем, что эти изменения в глубинных слоях связаны с изменениями течения под Тихим океаном», — пояснил Мадсен.
Учёные до сих пор не знают, является ли это изменение временным колебанием или частью более длительного естественного цикла. Последние данные свидетельствуют о том, что восточный поток ослабел с 2020 года, после того как достиг пика несколькими годами ранее.
Это повышает вероятность того, что в конечном итоге ситуация может снова измениться в обратную сторону. Эти движения глубоко под землей не представляют прямой опасности для людей. Никто их не почувствует. Они не связаны с землетрясениями или изменением климата.
Однако изменения магнитного поля Земли могут влиять на современные технологии.
Системы навигации в авиации, спутниковая связь, операции с космическими аппаратами и модели, используемые для прогнозирования космической погоды, — все это зависит от точных данных о магнитном поле. Даже небольшие изменения имеют значение, поскольку магнитное поле постоянно меняется со временем.
Элизабетта Иорфида, научный сотрудник миссии ESA Swarm, заявила, что исследование показывает, что региональные изменения могут происходить очень быстро, всего за десятилетие.
«Полученные результаты также могут помочь ученым исследовать возможные взаимодействия между внешним ядром Земли, внутренним ядром и нижней мантией и, следовательно, дать более глубокое понимание границы ядро-мантия, которая является критически важной областью для динамики глубинных слоев Земли», — резюмировала она.
