Новости

12 апреля, 2019 16:47

Намагниченность докембрийских силлов Кольского полуострова свидетельствует о вероятной молодости внутреннего твердого ядра Земли

Коллективу российских ученых удалось получить новые указания на то, что внутреннее (твердое) ядро Земли сформировано не так давно, как считалось ранее. Примечательно, что применение различных современных независимых методов геохронологии, геохимии, палеомагнетизма с использованием методик мирового уровня и целого комплекса научного оборудования ведущих российских научных лабораторий, позволило получить сходные оценки времени формирования внутреннего ядра Земли.
Источник: пресс-служба ИФЗ РАН

Благодаря синтезу имеющихся термо- и геохронологических данных и независимой проверки постдевонского этапа термальной истории по результатам компьютерного моделирования процесса остывания верхних горизонтов коры после их прогрева подкоровой интрузией была создана первая количественная модель тектоно-термальной эволюции северо-восточной Фенноскандии в пределах территории Кольского полуострова (за исключением Мурманского блока – эти исследования запланированы на 2019-2020 годы). Актуальность решения этой проблемы определяется особенно остро на фоне детально изученных территорий скандинавских стран.

Палеомагнитные исследования уникальных долеритовых силлов баренцевоморского побережья Кольского полуострова, выполненные в ИФЗ РАН, позволили получить еще один важный результат - первый реперный (ключевой) палеомагнитный полюс Мурманского кратона Фенноскандии для возраста 1,86 млрд. лет.

Основные этапы эволюции Земли как планеты, в том числе возникновение ее магнитного поля произошли в докембрийское время в интервале от 4500 до 540 миллионов лет тому назад. Главные характеристики геомагнитного поля, такие как его геометрия, напряжённость и частота инверсий (переполюсовок) отражают глобальные процессы, происходящие в недрах Земли.

Палеомагнитные исследования позволяют получать количественные характеристики древнего магнитного поля Земли и изучать эволюцию его параметров во времени в прошлом. Накопленные к настоящему времени знания являют собой чрезвычайно ценную информацию о процессах глубинной геодинамики и позволяют учёным приблизиться к ответу на один из важнейших фундаментальных вопросов современной геологии: когда начало формироваться внутреннее твердое ядро Земли? Отметим, что существующие на сегодняшний день оценки времени формирования внутреннего ядра варьируются от архея (древнее 2,5 миллиардов лет назад) до раннего кембрия (~540 миллионов лет назад).

Возможности палеомагнитного метода для исследования раннедокембрийских пород зачастую резко ограничены, в первую очередь из-за частичной или полной потери первичной магнитной записи на протяжении жизни горных пород.

Однако, в начале 2019 г. года коллективом российских ученых были представлены новые надежные данные о палеонапряженности и палеомагнетизме долеритовых силлов с возрастом 1,86 млрд. лет, которые были использованы для проверки гипотезы существования «слабого магнитного диполя» в протерозое (Proterozoic dipole low hypothesis) и для построения палеотектонической реконструкции современной территории Кольского полуострова на указанный момент времени в прошлом.

«По существующим представлениям, на ранних стадиях развития Земли как планеты вначале образовалось её жидкое ядро, а затем, по мере постепенного охлаждения вещества ядра, сформировалось твердое внутреннее ядро. Конвективное движение вещества в жидком ядре обеспечивает работу магнитного геодинамо» – комментирует результаты проведенных исследований один из авторов статьи главный научный сотрудник Геофизической обсерватории «Борок» ИФЗ РАН, доктор физико-математических наук профессор Валерий Прохорович Щербаков. – «Оценки времени образования твердого ядра в различных геодинамических моделях простираются от раннего архея до около 500 миллионов лет т.н., при этом последние модели связывают начало образования твердого ядра с переходом геодинамо из состояния сильного аксиального диполя в неаксиальное слабое дипольное поле со значительными мультипольными компонентами. Рост твёрдого внутреннего ядра должен сопровождаться обратным переходом геомагнитного поля к современной конфигурации сильного диполя, т.е. фактически маркировать этот процесс. Отсюда ясно, что только комплексные исследования, направленные на определение палеонапряженности и конфигурации древнего магнитного поля Земли в архее, протерозое и раннем фанерозое, могут предоставить надёжные сведения о времени образования твердого ядра Земли.»

В результате комплексных междисциплинарных исследований коллективу ученых Института физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН (ИФЗ РАН), Института геологии и геохронологии докембрия РАН (ИГГД РАН), Института геологии рудных месторождений, петрографии и геохимии РАН (ИГЕМ РАН), Института геологии Карельского научного центра РАН (ИГ КарНЦ), МГУ им. М.В. Ломоносова и представителям ряда других ведущих научных организаций, удалось получить новые указания на то, что внутреннее (твердое) ядро Земли сформировано не так давно, как считалось ранее.

«Случайно или нет, но развитие упомянутых геодинамических моделей сопровождалось одновременным обнаружением длительных периодов существования гиперактивных режимов геодинамо с очень высокой частотой инверсий и крайне низкой величиной поля, на порядок величины слабее современного. Такие периоды были обнаружены в девоне и эдиакарии, то есть в интервалах времени от 360 до 580 миллионов лет. Это означает существенную перестройку наших представлений об эволюции внутреннего строения Земли, поскольку возможность существования столь молодого по геологическим масштабам времени внутреннего ядра до сих пор не рассматривалась серьёзно в геодинамических моделях» - рассказывает о полученном фундаментальном результате В.П. Щербаков.

По его мнению, особого внимания заслуживает и то обстоятельство, что существование на длительных интервалах времени существенно недипольного и экстремально слабого по интенсивности геомагнитного поля может сыграть значительную, если не решающую роль в формировании и эволюции жизни Земли.

«Эдиакарий известен как очень важный период в формировании биосферы, поскольку именно в этот период на Земле возникли многоклеточные организмы, и он предшествовал широко известному «кембрийскому взрыву» многоклеточных живых организмов, продолжавшемуся следующие 20-25 млн. лет в кембрии, – напоминает Валерий Прохорович, говоря об актуальности полученных результатов для мирового научного сообщества. – В целом, по общему мнению, временной интервал 575-520 млн. лет тому назад был решающим для развития сложных живых организмов на Земле, но при этом причины, приведшие к «кембрийскому взрыву», до сих пор неясны и являются предметом неутихающих дискуссий. В этой связи последние открытия в области палео- и геомагнетизма, на которых я коротко остановился, могут пролить свет на причины этого важнейшего в истории нашей планеты явления.

Одновременность «кембрийского взрыва» с возникновением экстремальной конфигурации геомагнитного поля вряд ли случайна и позволяет предположить, что именно многократно возросшая интенсивность космического и солнечного излучений на поверхности Земли в этот период и привела к развитию многоклеточных организмов и возникновению животного мира за счёт сильного увеличения мутационных процессов».

Затрагивая вопросы возможных последствий быстрой смены магнитных полюсов – так называемого явления «слабого магнитного диполя», В.П. Щербаков поясняет, каким образом мог бы воздействовать этот механизм на нашу планету: «Действительно, поле низкой интенсивности в сочетании с наличием магнитных полюсов, расположенных в экваториальном поясе, приведёт к кардинальной перестройке конфигурации магнитосферы, что резко увеличит приток высокоэнергичных частиц в магнитосферу и верхние слои атмосферы Земли. Это будет сопровождаться гигантскими магнитными бурями, к которым приведёт вращение Земли в силу быстрого перемещения полюсов по её поверхности за счёт суточного вращения».

«Нам удалось восстановить параметры магнитного поля Земли на момент времени почти 2 млрд. лет назад. Мы нашли геологические объекты, которые сохранили информацию о магнитном поле Земли с возрастом 1,86 млрд. лет, что само по себе является большим достижением, – комментирует полученные результаты исследований заместитель директора ИФЗ РАН, профессор МГУ доктор геолого-минералогических наук, профессор РАН Роман Веселовский. – Данные о напряженности магнитного поля Земли в докембрийское время имеют важное значение для решения ряда задач современной геодинамики, в том числе для оценки времени формирования внутреннего ядра, которое, согласно последним представлениям, оценивается в интервале от архея до раннего кембрия. Проблема получения надежных оценок интенсивности геомагнитного поля в прошлом особенно актуальна для докембрийских объектов, поскольку лишь немногие из них удовлетворяют достаточно жестким критериям, выдвигаемым современными методиками к исследованиям в области напряженности древнего магнитного поля Земли. В этой связи, детально и всесторонне изученные, прекрасно сохранившиеся долеритовые силлы Мурманского блока Кольского полуострова являются уникальным объектом для получения надежных оценок палеонапряженности для момента 1,86 млрд. лет назад».

Примечательно, что применение различных современных независимых методов исследований с использованием методик мирового уровня и целого комплекса научного оборудования ведущих российских научных лабораторий позволило получить сходные оценки времени формирования внутреннего ядра Земли.

Одним из наиболее важных результатов проведенных исследований является получение первого реперного (ключевого) палеомагнитного полюса Мурманского кратона Фенноскандии для возраста 1,86 млрд. лет, выполненное по долеритовым силлам баренцевоморского побережья Кольского полуострова.

«Несмотря на сильно ограниченные возможности датирования возраста характеристической компоненты намагниченности традиционными для палеомагнитологии методами – полевыми тестами, использование четырех независимых геохронометров и расширенного арсенала петромагнитных исследований позволило убедительно доказать, что время приобретения породами остаточной намагниченности в геологическом масштабе времени совпадает со временем кристаллизации интрузивных тел. Полученный палеомагнитный полюс представляет собой основу для палеотектонических реконструкций Фенноскандии и оценки взаимных перемещений входящих в ее состав континентальных блоков в палеопротерозойское время. Согласно палеотектонической реконструкции Фенноскандии на момент 1,86 млрд. лет назад, выполненной на основе полученного палеомагнитного полюса, Кольский полуостров в то время располагался в северном полушарии на широте 34°, при этом Фенноскандия была повернута относительно ее современного положения на ~25° по часовой стрелке». 

Еще одним значимым результатом этой работы стало создание первой количественной модели тектоно-термальной эволюции северо-восточной Фенноскандии в пределах территории Кольского полуострова (за исключением Мурманского блока – эти исследования запланированы на 2019-2020 годы). Особенно остро актуальность решения этой проблемы определяется на фоне детально изученных территорий скандинавских стран. Синтез имеющихся термо- и геохронологических данных позволил разработать модель термальной истории северо-восточной Фенноскандии для последних 1,9 млрд. лет, при этом для независимой проверки постдевонского этапа термальной истории был использован метод компьютерного моделирования остывания верхних горизонтов коры после их прогрева подкоровой интрузией. 

Исследования поддержаны в том числе грантом РНФ.

27 марта, 2024
Машинное обучение помогает точно определять соленость моря в Арктике
Российские ученые разработали новый алгоритм для определения солености поверхности воды в Северном Л...
22 марта, 2024
От чего зависит ускорение потепления Арктики?
Ученые впервые количественно оценили, как обмен воздушными массами между полярной и остальной частью...