Ученые нашли веское доказательство того, что Земля время от времени опрокидывается в космосе. В течение последних нескольких десятилетий обсуждался вопрос о том, может ли Земля колебаться или даже опрокидываться относительно своей оси вращения. Такое смещение Земли называется «истинным полярным блужданием», но доказательства этого процесса были спорными. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, под руководством главного исследователя Института наук о жизни на Земле (ELSI) Токийского технологического института Джо Киршвинка (также профессора Калифорнийского технологического института) и профессора. Росс Митчелл из Института геологии и геофизики в Пекине приводит некоторые из наиболее убедительных на сегодняшний день доказательств того, что такое планетарное опрокидывание действительно имело место в прошлом Земли и произошло около 84 миллионов лет назад, сообщает phys.org.
Земля представляет собой слоистый шар с твердым металлическим внутренним ядром, жидким металлическим внешним ядром, твердой мантией и каменной корой на поверхности, на которой мы живем. Все это крутится в космосе, как волчок, делая один оборот вокруг своей оси в сутки. Поскольку внешнее ядро Земли жидкое, твердая мантия и кора способны скользить по нему сверху. Относительно плотные структуры, такие как подводящие океанические плиты и массивные вулканы, такие как Гавайи, предпочитают находиться вблизи экватора, точно так же, как ваши руки любят быть вытянутыми в стороны, когда вы вращаетесь в офисном кресле.
Несмотря на это блуждание земной коры, магнитное поле Земли генерируется электрическими токами в конвектирующем жидком металле Ni-Fe внешнего ядра. В длительных временных масштабах вышележащие колебания мантии и коры не влияют на ядро, потому что эти вышележащие слои горных пород прозрачны для магнитного поля Земли. Напротив, модели конвекции в этом внешнем ядре фактически вынуждены танцевать вокруг оси вращения Земли, что означает, что общая картина магнитного поля Земли предсказуема, распространяясь таким же образом, как железные опилки, выстраивающиеся в линию над небольшим стержневым магнитом. Следовательно, эти данные предоставляют отличную информацию о направлении Северного и Южного географических полюсов, а наклон показывает расстояние от полюсов (вертикальное поле означает, что вы находитесь на полюсе, горизонтальное говорит нам, что это было на экваторе). Многие камни на самом деле записывают направление локального магнитного поля по мере их формирования, во многом так же, как магнитная лента записывает музыку. Например, крошечные кристаллы минерального магнетита, производимого некоторыми бактериями, на самом деле выстраиваются в линию, как крошечные стрелки компаса, и попадают в осадок, когда камень затвердевает. Этот «ископаемый» магнетизм можно использовать для отслеживания того, где ось вращения отклоняется относительно земной коры.
Отбор проб был сделан в районе дороги, проложенной к западу от озера Апиро-Дам, в Центральных Апеннинах Италии. Эта конкретная местность пересекает границу крупного геомагнитного разворота, известного как переход хронологии 33R/33N, датируемый около 80 миллионов лет назад. Удивительно высокая доля ориентированных образцов из этих местностей дает превосходные записи древнего магнитного поля в то время, когда они формировались.
«Представьте, что вы смотрите на Землю из космоса, — объясняет Киршвинк, — Истинное полярное блуждание будет выглядеть так, как будто Земля опрокидывается на бок, и на самом деле происходит то, что вся скалистая оболочка планеты — твердая мантия и кора — вращается вокруг жидкого внешнего ядра». Хотя ученые могут очень точно измерить истинное полярное блуждание, происходящее сегодня со спутниками, геологи все еще спорят о том, происходили ли большие вращения мантии и коры в прошлом Земли.
Одна из особенно жарких дискуссий была посвящена событиям позднего мелового периода, около 84 миллионов лет назад. В течение последних трех десятилетий геофизики обсуждали и вели публичные споры в журнале Science и на многочисленных встречах о том, произошло ли в меловой период крупное событие, связанное с настоящим полярным блужданием.
Митчелл и Киршвинк разработали план урегулирования спора раз и навсегда. Международная группа исследователей сделала ставку на то, что палеомагнитные данные из известняков, созданных в меловой период (между ~145,5 и 65,5 миллионами лет назад), расположенных в Италии, обеспечат окончательную проверку. Магнетизм более молодых пород в том же районе был изучен почти 50 лет назад и косвенно привел к открытию столкновения с астероидом, которое убило динозавров. Сара Слотзник, соавтор и геобиолог Дартмутского колледжа, объясняет: «Эти итальянские осадочные породы оказываются особенными и очень надежными, потому что магнитные минералы на самом деле являются окаменелостями бактерий, которые образовали цепочки минерального магнетита».
Сдвиг широты зафиксирован в известняке Скальджа Росса итальянских Апеннин. Эти данные показывают, что Италия совершила краткую экскурсию к экватору между 86 и 80 миллионами лет назад, что совпало с вращением, наблюдаемым по магнитным данным, собранным из горных пород с морского дна Тихого океана. Заслуга: Росс Митчелл и Кристофер Тиссен.
Чтобы проверить их гипотезу об истинном полярном блуждании, требуются палеомагнитные данные с большим количеством избыточности для отслеживания блуждания древнего местоположения оси вращения Земли. Предыдущие исследования, особенно некоторые, утверждающие, что истинного полярного блуждания не происходит, по мнению команды, не смогли изучить достаточное количество точек данных. По словам Ричарда Гордона, геофизика из Университета Райса в Хьюстоне, который не принимал участия в исследовании, «это одна из причин, по которой так приятно видеть это исследование с его обильными и прекрасными палеомагнитными данными».
Киршвинк и его коллеги обнаружили, что, как и предсказывала истинная гипотеза о полярных блужданиях, итальянские данные указывают на наклон планеты, который произошел 84 миллиона лет назад. Команда также обнаружила, что Земля затем, похоже, исправилась — после опрокидывания на бок Земля изменила курс и повернулась прямо назад, совершив в общей сложности почти 25 дуговых движений примерно за пять миллионов лет. Это было космического «йо-йо».