по данным Европейского космического агентства
Жидкое железо во внешнем ядре Земли не всегда ведет себя так, как ожидалось. Когда оно необъяснимым образом изменило направление движения, спутники Европейского космического агентства предоставили данные о направлении потока, что помогло ученым лучше понять динамику процессов в центре нашей планеты.
Расплавленное ядро, которое вращается на глубине около 2200 км под нашими ногами, создает геомагнитное поле Земли. Измеряя небольшие изменения в магнитном поле, ученые пришли к выводу, что ядро движется преимущественно в западном направлении. Но в 2010 году он неожиданно изменил направление движения глубоко под Тихим океаном и начал стремительно смещаться на восток. Причины этого необъяснимого изменения направления потока расплавленного материала до сих пор остаются загадкой. Однако спутники, в том числе Swarm и CryoSat Европейского космического агентства, предоставили данные, которые были проанализированы и опубликованы.
В исследовании, опубликованном в Journal of Studies of Earth’s Deep Interior, анализируются данные наземных наблюдений и спутниковые данные за период с 1997 по 2025 год. В исследовании использовались данные миссий Swarm и Cryosat Европейского космического агентства, а также данные немецкой миссии CHAMP и миссии Ørsted. Исследование показало, что в 2010 году обширный регион с высоким содержанием железа под экваториальной частью Тихого океана начал смещаться не на запад, а на восток.
Ранее считалось, что внешнее ядро Земли движется относительно стабильно, но столь резкое изменение направления движения говорит о том, что это не всегда так. Исследование проливает свет на турбулентные процессы, которые генерируют магнитное поле Земли, и указывает на возможную связь между динамикой внешнего ядра и изменениями, происходящими в более глубоких слоях планеты.
Ведущий автор исследования Фредерик Даль Мадсен из Школы наук о Земле Эдинбургского университета сказал: «Масштабный разворот тектонических плит под Тихим океаном поднимает новые вопросы о поведении глубинных слоев Земли. Теперь ученые хотят понять, является ли этот разворот кратковременным колебанием, частью повторяющихся осцилляций или новым стабильным равновесием для циркуляции ядра. Для определения того, как будет меняться течение в ближайшие годы, необходим постоянный мониторинг».
Фредерик также объяснил, что модель, использованная в исследовании, предполагает, что с 2020 года восточное течение в Тихом океане ослабло. Он добавил: «Усиление восточного течения в Тихом океане совпадает по времени с изменением поведения внутреннего ядра, о чём свидетельствуют данные геодезии и сейсмологии. Мы предполагаем, что эти изменения в глубинах океана связаны с изменениями течений под Тихим океаном».Движение внешнего расплавленного ядра Земли в 1999 и 2016 годах. Каждая стрелка указывает на движение жидкого ядра по горизонтали к поверхности Земли. Источник: ESA (данные: Madsen et al. 2026)
Каждая стрелка указывает на движение жидкого ядра по горизонтали к поверхности Земли.
Источник: ESA (данные: Madsen et al, 2026)
Расплавленное ядро Земли, обнаруженное из космоса
Магнитное поле Земли создается за счет движения в жидком внешнем ядре, где электропроводное расплавленное железо циркулирует вокруг твердого внутреннего ядра. Это геодинамо постоянно меняется, но многие его долгосрочные закономерности остаются относительно стабильными на протяжении десятилетий наблюдений.
Три спутника Swarm, запущенные в 2013 году, оснащены высокочувствительными магнитометрами, способными с исключительной точностью отображать магнитное поле Земли. Благодаря тщательно выверенным орбитам спутники могут отличать магнитные сигналы, исходящие из ядра Земли, от сигналов, генерируемых земной корой, океанами, ионосферой и магнитосферой. Эти наблюдения позволили исследователям реконструировать эволюцию потоков на границе ядра и мантии и выявить внезапные изменения, связанные с Тихоокеанским магнитным минимумом и геомагнитным рывком 2017 года.
По словам руководителя миссии Swarm в Европейском космическом агентстве Ани Стромме, для этого исследования важен долгосрочный набор данных, полученных с помощью Swarm. Она отметила: «Несмотря на то, что Swarm был запущен после резкого изменения направления вращения Земли в 2010 году, он предоставил высокоточные данные о внутреннем ядре Земли за последующий период».
«Важно отметить, что Swarm обеспечивает непрерывное глобальное наблюдение в течение многих лет, позволяя учёным отслеживать динамику ядра планеты с течением времени, а не полагаться только на наземные магнитные обсерватории. Длительные спутниковые измерения магнитного поля позволяют исследователям отслеживать изменения в геодинамо практически в режиме реального времени и совершенствовать модели эволюции магнитного поля Земли. Будущие наблюдения в рамках таких миссий, как Swarm, сыграют решающую роль».
Спутниковые данные также позволили исследователям обнаружить волнообразные ускорения и быстро меняющиеся структуры потоков, которые в противном случае могли бы остаться незамеченными в более зашумленных наборах данных. Исследование также показало, что восточное течение, возможно, снова ослабевает после того, как несколько лет назад достигло своего пика. Это позволяет предположить, что данное явление представляет собой временное колебание или часть более длительного естественного цикла динамики ядра.
Понимание устройства нашей Солнечной системы
Хотя эти процессы происходят глубоко под поверхностью Земли и не представляют опасности для людей или климата, они крайне важны для понимания того, как устроена наша планета. Движение жидкого железа во внешнем ядре создает магнитное поле Земли, которое защищает планету от заряженных частиц, исходящих от Солнца. Без него атмосфера Земли и технологическая инфраструктура подвергались бы гораздо большему воздействию вредного солнечного излучения.
Магнитное поле не является статичным. Оно медленно меняется с течением времени по мере развития потоков в ядре Земли, влияя на все — от навигационных систем до работы космических аппаратов и моделей околоземной космической погоды. Поэтому понимание того, как и почему меняется ядро Земли, важно как с научной, так и с практической точки зрения.
По словам Элизабетты Иорфиды, научного сотрудника миссии Swarm Европейского космического агентства, разворот тектонических плит в Тихом океане ставит под сомнение предположение о том, что во внешнем ядре Земли преобладает стабильная циркуляция в западном направлении. Она отметила: «Это исследование показывает, что региональные изменения могут происходить стремительно, всего за десять лет. Полученные данные также могут помочь ученым изучить возможное взаимодействие между внешним ядром Земли, внутренним ядром, нижней мантией и, следовательно, получить больше информации о границе ядра и мантии, которая является важнейшим регионом для глубинной динамики Земли».
«Это исследование поднимает интригующие вопросы о том, как динамически связаны самые глубокие слои Земли. По мере того как магнитное поле продолжает меняться, спутниковые миссии позволяют все более детально изучать динамические процессы, происходящие в недрах нашей планеты, и показывают, что ядро Земли может быть гораздо более изменчивым и сложным, чем считалось ранее».