Люди веками пользовались компасом и, естественно, задумывались о причинах существования магнитного поля планеты. Первоначально считалось, что Земля является постоянным магнитом. Но когда выяснилось, что уже на сравнительно небольшой глубине температура определенно превышает точку Кюри, Землю стали считать электромагнитом. Однако и эта идея не укрепилась, поскольку была непонятна природа электродвижущих сил, способных поддерживать электрические токи в недрах планеты на протяжении всей истории ее существования. В ХХ веке было предложено много версий, из которых к настоящему времени общепринятой считается гипотеза динамо-эффекта в жидком железном ядре.

 

Геофизики полагают, что динамо-эффект обусловлен энергичными конвективными движениями в жидком проводящем железе. Считается, что в пользу гипотезы «динамо» свидетельствует «западный дрейф» основных структур геомагнитного поля со скоростью 20 км в год, которая на многие порядки выше скоростей тектонических движений твердого вещества Земли. И поскольку главные структурные неоднородности поля имеют глубинное происхождение, а ядро представляется жидким, то исследователи просто были вынуждены сделать именно такой вывод.

Однако эта версия плохо согласуется с представлениями о железном ядре и силикатной мантии. Если предположить тепловую природу конвекции, то непонятен источник тепла в железном ядре. Радиоактивные элементы избегают концентрироваться в железе. Весьма проблематично также предполагать продолжающийся до сих пор рост ядра, сопровождаемый выделением потенциальной энергии. В рамках традиционных представлений скорость опускания тяжелых фрагментов должна была бы регламентироваться вязкостью нижней мантии, а вязкость сильно зависит от температуры. Выделение потенциальной энергии в виде тепла уменьшает вязкость, и такой процесс образования ядра, единожды начавшись, пошел бы с ускорением и должен был быстро завершиться в далеком прошлом.

 

Существуют и другие предположения с источниками энергии, однако тепловую конвекцию в ядре (в рамках традиционных представлений) трудно согласовать с малой теплопроводностью силикатной мантии. Ни одна тепловая машина не имеет КПД = 100%, а конвекция в этом плане весьма неэффективный процесс. Поэтому через силикатную мантию должно отводиться примерно в 20 раз больше тепла в сравнении с тем, что затрачивается в ядре на конвективные движения. И здесь возникает проблема «холодильника», без которого работа тепловой машины невозможна. Разумеется, вы можете раскрутить конвекцию и в мантии, с тем чтобы более эффективно отводить тепло от ядра. Но проблема не только в этом, а еще и в том, что вы не можете превысить суммарный тепловой поток планеты, а вернее, его глубинную составляющую.

 

Согласно тем же традиционным представлениям, большая часть теплового потока генерируется в коре. По этой причине исследователи все больше предпочитают связывать конвекцию в ядре с ротацией планеты, предполагая, что ядро не следует точно за прецессией мантии. Однако при этом необходимо обеспечить сцепление мантии с жидким ядром, для чего приходится «изобретать рельефные конструкции» на нижней поверхности мантии (прямо как в стиральной машине).

 

Приверженцы гипотезы «динамо» не оставляют попыток смоделировать магнитное поле планеты. В экспериментах в объеме расплавленного металла (к примеру, натрия) все вроде бы воспроизводится — и электропроводность, и конвективное перемешивание, и вращение, но при этом дипольное магнитное поле не получается.

 

Теперь рассмотрим эту проблему в рамках «изначально гидридной Земли». Во-первых, по нашей модели, внешнее ядро постоянно находится в жидком состоянии не от температуры, а от присутствия растворенного водорода. Во-вторых, диссипация энергии в ядре может в десятки раз превышать тепловой поток, регистрируемый на поверхности (львиную долю забирает расширение планеты и наружу выходит сравнительно мало). По этой причине для нашей модели не возникает проблемы «холодильника». Кроме того, у металлосферы теплопроводность на порядок выше, чем у традиционной силикатной мантии, и к тому же отвод тепла производится исключительно эффективно водородом-теплоносителем.

 

Более того, наша модель предполагает активное перемещение масс в недрах планеты в радиальных направлениях (то внутрь, то наружу), что непременно должно сопровождаться установлением различных скоростей вращения ядра и мантии, т.е. если считать мантию неподвижной, то ядро относительно нее должно проворачиваться то в одном, то в другом направлении. При дегазации водорода от ядра происходит замедление вращения мантии, и в результате угловая скорость вращения ядра (W_C) оказывается больше, чем у мантии — W_C > W_M. С другой стороны, формирование «зон заглатывания», в связи с той же дегазацией, должно вызывать ускорение вращения мантии, приводя к ситуации, когда W_C < W_M. На завершающих этапах формирования складчатых поясов орогенез приводит к ситуации W_C > W_M, что еще более усложняет динамику. При расширении планеты, согласно расчетам, сначала тормозится ядро и складывается ситуация W_C < W_M. Затем, когда в зоны рифтогенеза начинают нагнетаться интерметаллические диапиры, происходит эффективное торможение мантии и соответственно оказывается W_C > W_M. К этому следует добавить, что в самом ядре должна быть своя сложная динамика вращения внутренней и внешней сфер. Расчеты показывают, что радиальные перемещения масс в теле планеты способны обеспечить такие различия в скоростях вращения ядра и мантии, которые более чем в 10 раз превышают скорость проворачивания ядра относительно мантии на современном этапе (если об этом судить по современной скорости западного дрейфа магнитного поля).

 

Таким образом, в рамках нашей модели ядро внутреннее, ядро внешнее и мантия должны вращаться, как правило, с разными угловыми скоростями. При этом ядро относительно мантии периодически должно проворачиваться то в восточном, то в западном направлении. Некоторые из патриархов в области геомагнетизма (к примеру, Т.Рикитаке) мечтали о такой возможности, как о наиболее простом решении проблемы инверсий магнитного поля планеты, и очень сожалели, что это абсолютно невозможно (в рамках традиционной модели Земли с железным ядром и силикатной мантией). Наша модель открывает очень широкие возможности именно в этом плане и оказывается более подходящей для реализации динамо-эффекта не только по динамике этого процесса, но и с энергетической точки зрения.

 

Вместе с тем существует еще одна принципиально новая возможность решения проблемы магнетизма, вытекающая только из нашей концепции. Вспомним, водород, растворенный в металле, находится в виде раздельно существующих протонов и электронов, т.е. в виде полностью ионизированной плазмы, способной свободно перемещаться во вмещающем ее объеме (из-за подвижности в металлах как электронов, так и протонов). По этой причине инфильтрацию водорода от внутреннего ядра Земли, где происходит диссоциация гидридов, следует рассматривать как истечение плазмы. В условиях вращающейся планеты, когда силы Кориолиса создают спиральную составляющую в плазменных потоках, это может быть причиной появления дипольного магнитного поля.

 

Помните, мы обсуждали причину появления дипольного магнитного поля в небуле на завершающем этапе ее формирования? В недрах Земли, по всей видимости, получается нечто подобное. Конвективные движения в жидком и проводящем ядре создают внутреннее недипольное магнитное поле — это работа динамо-эффекта. Через силовые линии этого поля, от внутреннего ядра наружу, движется поток водородной плазмы, претерпевающий при этом дифференциацию на отдельные струи, которые под воздействием сил Кориолиса получают спиральную составляющую. Таким образом, складывается нечто подобное структуре соленоида. В силу явления самоиндукции в этом соленоиде (состоящем из витков плазмы) устанавливается электрический ток, обусловленный как перемещением протонов, так и встречным движением электронов. И в результате мы получаем внешнее дипольное магнитное поле. Крайняя нестабильность в динамике вращения ядра внутреннего, ядра внешнего и мантии вызывает перемены полярности внутреннего поля, что автоматически должно сопровождаться инверсиями внешнего поля планеты. Таким образом, не исключено, что Земля является электромагнитом.

В данной связи следует обратить внимание на один важный момент. Внутреннее недипольное магнитное поле, обусловленное динамо-эффектом, скорее всего, выходит за пределы ядра планеты и присутствует в нижней части металлосферы. Вместе с тем через металлосферу идут потоки водородной плазмы. Соответственно, металлосфера должна также участвовать в генерации дипольного магнитного поля. По этой причине в спектре структур магнитного поля Земли должны быть региональные аномалии с размерами порядка 1000 — 3000 км. Если же в генерации магнитного поля участвует только ядро планеты, то аномалии менее 3000 км должны отсутствовать.