Суета вокруг полюсов
Сколько полюсов бывало у Земли и чем грозит человечеству геомагнитная аномалия. В гостях у ведущего передачи «Вопрос науки» Алексея Семихатова доктор биологических наук, академик РАН Михаил Александрович Федонкин. Полную версию передачи можно посмотреть на нашем YouTube-канале.
О том, что мы живем на огромном магните, впервые написал Уильям Гилберт в 1600 году. В некоторой степени это связано с вращением планеты, с ее центробежными и другими силами, которые фактически делают геоид чуть-чуть приплюснутым. Вращение Земли и близлежащая Луна в значительной степени влияют на распределение материков, на процессы тектонической природы, на геодинамические характеристики земной коры и так далее. И мы знаем, что в истории Земли магнитное поле появилось довольно давно.
Магнитный полюс перемещается приблизительно со скоростью 50 км в год. Это огромная скорость. Есть такие прогнозы, что к 2050 году он может оказаться в пределах суши, и это будет Сибирь. Первые исследования скорости перемещения были сделаны где-то в 30–40 годах, и с тех пор измеряли эту скорость — и она увеличивается. Это довольно тревожный сигнал, к которому присматриваются геофизики и над этим работают теоретики. Не означает ли увеличение скорости перемещения магнитных полюсов, что в ближайшем будущем возможно явление, которое называется инверсией — перемагничиванием полюсов? Исторически инверсий было много, более сотни, которые сейчас зафиксированы геофизическими методами в ископаемой летописи Земли. Существуют некоторые данные о том, что даже в пределах экватора бывали когда-то полюса.
Земная кора формировалась в течение почти 4 млрд лет. Мы находим породы этого возраста в некоторых участках континентов — это Южная Австралия, Гренландия, Канада, Южная Африка. Там выходят очень древние породы, кристаллические щиты — это остатки древней коры. И возраст там 3,5 млрд лет. И уже в этих породах есть магнитные минералы, которые несут на себе отпечаток древнего магнитного поля. Одним из таких минералов является магнетит. Он довольно прочно держит магнитный сигнал даже при нагревании до 500 °С. Он как будто теряет намагниченность, но при остывании снова обретает упорядоченность, структуру вот этого маленького многодоменного магнитика, который он собой представляет.
Через 100 млн лет после формирования планеты сформировалось металлическое ядро. Тяжелые металлы ушли к центру. Как в доменной печи: металл стекает вниз, кверху шлак и атмосфера. И это означает, что уже 4 млрд лет назад было хотя и слабое еще, но уже магнитное поле. Таким образом, магнитное поле сопровождает всю историю планеты и всю историю жизни на ней. Это очень важный момент. И мы знаем определенно, что полюса перемагничивались, наверное, всегда. Мы имеем очень хорошую летопись для поздних периодов фанерозоя. Что касается ранней истории, все-таки пока данные очень отрывочные, потому что многочисленные перемагничивания стирали первичный сигнал.
Жизнь, возможно, была уже и 3,8 млрд лет назад, некоторые говорят даже о более древней жизни. Но вы знаете, был эпизод очень активной бомбардировки Земли космическими телами, которые приводили к катастрофическим событиям. Очень определенные знаки клеточной жизни существуют уже в отложениях 3,5 млрд лет — это уже точно.
Это редкая история, когда полюса оставались неподвижными в течение не менее 9 млн лет. У нас нет объяснения. Удивительно, что вроде бы это и ритмичное, но как бы квазипериодическое явление. И бывают такие паузы — называются мегахроны, — когда полюс стабилен. Это сейчас исследуется — один из важнейших вопросов. Наши геологи, Трифонов и Соколов, попытались сопоставить частоту вот этих инверсий перемагничивания на протяжении последних 150 млн лет. Они пытались найти корреляцию. И они выяснили, что некоторая корреляция, не вполне прямая, есть. Этим эпохам предшествует какой-то эпизод активных инверсий.
В Южно-Атлантической аномалии сейчас заметно слабеет напряженность геомагнитного поля по сравнению с тем, каким оно было, например, 40 лет назад. Впервые эту аномалию обнаружили в 50-х годах. Она показывает тенденцию к тому, что поле становится слабее и вся эта аномалия смещается к западу. Вот это явление тоже совершенно особенное, это наши дни. С чем оно связано и во что оно выльется дальше — это уже не перемагничивание, это что-то другое. В целом за эти годы наблюдений оно ослабело значительно, на 30%.
Опасность таких аномалий заключается не только в том, что меняются сигналы, которые используются для навигации, но и в том, что в таких участках слабеет магнитное поле, которое является щитом Земли от космических излучений. Это солнечный ветер и другие электромагнитные волны. Когда эти ионизированные частицы проникают все-таки в атмосферу, они разрушают тот же озоновый слой. А значит, проникает ультрафиолет. То есть это дополнительный фактор риска. И вот это ослабление магнитного поля обычно наблюдается тогда, когда идет инверсия полюсов. Сначала слабеет на полюсах и дальше. И потом, в период инверсии, могут образовываться дополнительные полюса.
На протяжении 500 млн лет перемагничивания постоянно сопровождали жизнь. Да, были вымирания. Но они прямо не связываются с этими инверсиями. Инверсий много было, а крупные, массовые вымирания — ну, их не так много. В 90-х годах были опубликованы первые работы о биогенном магнетите. Это минерал, который раньше воспринимали как вулканический, формируется магнитотактическими бактериями — там такие микрокристаллы, расположенные в виде цепочки. Это однодоменные магниты, то есть элементарные, меньше не бывает, но при этом чрезвычайно сильные для этого маленького размера.
Каждый кристаллик облечен в такую мембрану. Возможно, это способ накопления железа, который необходим многим организмам, но потом эти похожие кристаллы обнаружили у насекомых, в их нервных ганглиях, в голове, у рыб. Потом их обнаружили, конечно, у птиц. И спустя много времени описали впервые кристаллы магнетита из мозга человека.
Больше того, сейчас, помимо магнетитов, описаны белки, которые находятся в глазах птиц, в этих белковых молекулах кольцеобразно включены атомы железа. И они сейчас интерпретируются как органы магниторецепции, как магнитная игла. Больше того, биологи полагают, что птицы видят магнитное поле, так же как мы видим желтый и синий цвет, но в природе их нет. Есть частота электромагнитного излучения. Вот здесь тот же самый случай. И поэтому я думаю, что эти вещи, связанные с изменением интенсивности магнитного поля, с блужданием магнитных полюсов, так или иначе влияли на жизнь всегда. Но не фатально.
Нужно направить довольно большие усилия на изучение поведения ядра. Это огромная область для физики, но там вместе работают и палеонтологи, и геологи.
