«Происхождение магнитного поля Земли остаётся загадкой, — говорит соавтор исследования Джон Маунд из Университета Лидса. — Мы не можем пойти и взять образцы центра Земли, поэтому нам остаётся полагаться на поверхностные измерения и компьютерные модели. Так вот, наша новая модель обеспечивает довольно простое объяснение некоторых измерений, которые озадачивали учёных в течение многих лет. Она предполагает, что вся динамика ядра Земли так или иначе связана с тектоникой плит. И это вовсе не очевидно из наземных наблюдений. Если модель будет верифицирована, это серьёзно поможет понять, как образуется внутреннее ядро и как оно генерирует магнитное поле Земли».
Внутреннее ядро Земли представляет собой шар из твёрдого железа размером с Луну. Он окружён подвижным внешним ядром, состоящим из жидкого сплава железа, никеля и некоторых других, более лёгких элементов, вязкой мантией и твёрдой корой.
Внутреннее ядро растёт со скоростью около 1 миллиметр в год, по мере того как железо охлаждается и кристаллизуется. Тепло, покидающее ядро, попадает в мантию и затем в кору. Мантия, нагретая ядром, поднимается ближе к поверхности, тогда как её более холодные слои опускаются. Эта конвекция в сочетании с вращением Земли генерирует магнитное поле.
С помощью компьютерной модели конвекции во внешнем ядре и данных сейсмологии авторы новой работы показали, что тепловой поток на границе ядра и мантии варьируется в зависимости от структуры вышележащей мантии. В некоторых регионах это изменение оказывается достаточно большим, чтобы тепло из мантии отправлялось обратно в ядро, вызывая локальное плавление.
Модель показывает, что под сейсмически активным «Огненным кольцом» Тихого океана, где тектонические плиты подползают одна под другую, холодные остатки океанических плит в нижней части мантии оттягивают на себя большое количество тепла от ядра. Это дополнительное охлаждение мантии порождает нисходящие потоки холодного материала, которые пересекают внешнее ядро и охлаждают внутреннее.
С другой стороны, в двух больших регионах под Африкой и Тихим океаном, где нижняя мантия горячее, чем в среднем, из ядра выходит меньше тепла. Внешнее ядро под этими регионами может становиться достаточно тёплым, чтобы вызывать плавление внутреннего ядра.
«Если это так, то динамика вблизи границы внешнего и внутреннего ядер может оказаться более сложной, чем считалось», — подчёркивает соавтор Бинод Шринивасан из Индийского технологического института.
«Наша модель объясняет некоторые сейсмические измерения, которые показали, что существует слой плотной жидкости, окружающей внутреннее ядро. Гипотеза локального плавления способна также объяснить, почему сейсмические волны землетрясений через одни части ядра перемещаются быстрее, чем через другие», цитирует слова Себастьяна Роста из Университета Лидса журнал Nature.