Наклонилась ли Земля на бок 84 миллиона лет назад?

В течение последних нескольких десятилетий обсуждается вопрос о том, может ли внешняя твердая оболочка Земли раскачиваться или даже опрокидываться относительно оси вращения. Такой сдвиг Земли называется «истинным полярным блужданием», но доказательства этого процесса спорны.

Известняк Скалья Росса обнажился недалеко от Фурло, Италия, в северных Апеннинских горах. Известняк в этой местности накапливался на дне мелкого моря в рукаве древнего Средиземного океана почти 85 миллионов лет назад, во время так называемого позднего мелового периода. Предоставлено: Росс Митчелл.

Новое исследование опубликовано в Nature Communicationsпод руководством Института наук о Земле и жизни (ELSI) при Токийском технологическом институте, ведущего исследователя Джо Киршвинка (также профессора Калифорнийского технологического института) и профессора Росс Митчелл из Института геологии и геофизики в Пекине, предоставляет некоторые из наиболее убедительных доказательств. на сегодняшний день такой планетарный поворот действительно произошел в прошлом Земли.

Истинное полярное странствие требует некоторого рассечения. Земля представляет собой стратифицированный шар с твердым металлическим внутренним ядром, жидкометаллическим внешним ядром, а также твердой мантией и преобладающей корой на поверхности, на которой мы живем. Все это крутится как волчок, раз в день. Поскольку внешнее ядро ​​Земли жидкое, твердая мантия и кора могут скользить по нему. Относительно плотные структуры, такие как погружаемые океанические плиты и массивные вулканы, такие как Гавайи, предпочитают находиться вблизи экватора, точно так же, как ваши руки любят быть сбоку, когда вы вращаетесь в офисном кресле.

Несмотря на это блуждание коры, магнитное поле Земли создается электрическими токами в конвектирующем жидком металлическом Ni-Fe внешнего ядра. В долгосрочном масштабе вышележащее блуждание мантии и коры не влияет на ядро, потому что вышележащие слои горных пород прозрачны для магнитного поля Земли. Напротив, модели конвекции в этом внешнем ядре на самом деле вынуждены танцевать вокруг оси вращения Земли, а это означает, что общая картина магнитного поля Земли предсказуема, распространяясь так же, 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 дает расстояние от полюсов (вертикальное поле означает, что вы находитесь на полюсе, горизонтальное говорит нам, что это было на экваторе). Многие камни фактически записывают направление местного магнитного поля по мере их формирования, почти так же, как магнитная лента записывает вашу музыку. Например, крошечные кристаллы минерального магнетита, производимые некоторыми бактериями, на самом деле выстраиваются в линию, как крошечные иглы компаса, и попадают в отложения, когда порода затвердевает. Этот «ископаемый» магнетизм можно использовать для отслеживания отклонения оси вращения относительно коры.

Отбор проб с высоким разрешением на дороге, прорезанной к западу от озера Апиро плотины, в Центральных Апеннинских горах Италии. Эта конкретная местность пересекает границу крупного геомагнитного поворота, известного как переход Chron 33R / 33N, датируемого примерно 80 миллионами лет назад. Поразительно высокая доля ориентированных образцов из этих мест дает превосходные записи древнего магнитного поля в то время, когда они сформировались. Предоставлено: Росс Митчелл.

«Представьте, что вы смотрите на Землю из космоса», — объясняет Киршвинк. «Настоящее 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 жидкости. внешнее ядро.» Хотя ученые могут очень точно измерить истинное полярное блуждание, происходящее сегодня, с помощью спутников, геологи все еще спорят, происходили ли в прошлом Земли большие вращения мантии и коры.

Особенно жаркие споры велись по поводу событий позднего мелового периода, около 84 миллионов лет назад. За последние три десятилетия геофизики неоднократно приводили в журнале публичные аргументы. Наука, а также на многочисленных встречах о том, произошло ли в меловом периоде крупное событие истинного полярного блуждания.

Митчелл и Киршвинк разработали план урегулирования спора раз и навсегда. Используя опыт Митчелла в качестве студента, изучающего геологию Апеннинских гор в центральной Италии, он знал, какие породы нужно использовать. Затем международная группа исследователей сделала ставку на то, что палеомагнитные данные из известняков, созданных в меловом периоде (между ~ 145,5 и 65,5 миллионов лет назад), расположенных в Италии, послужат окончательной проверкой. Магнетизм более молодых пород в том же районе был изучен почти 50 лет назад и косвенно привел к открытию удара астероида, убившего динозавров. Сара Слотник, соавтор и геобиолог из Дартмутского колледжа, объясняет: «Эти итальянские осадочные породы оказались особенными и очень надежными, потому что магнитные минералы на самом деле являются окаменелостями бактерий, которые сформировали цепочки минерального магнетита».

Сдвиг широты зафиксирован в известняке Скальгия Росса на итальянских Апеннинах. Эти данные показывают, что Италия совершила короткую экскурсию к экватору между 86 и 80 миллионами лет назад, что совпало с вращением, наблюдаемым по магнитным данным, собранным с горных пород на морском дне Тихого океана. Предоставлено: Росс Митчелл и Кристофер Тиссен.

Чтобы проверить их гипотезу об истинном полярном блуждании, необходимы палеомагнитные данные с большой избыточностью, чтобы отследить блуждание древнего местоположения оси вращения Земли. Предыдущие исследования, особенно некоторые из них, утверждающие, что истинного полярного блуждания не происходит, не смогли изучить достаточное количество точек данных, по словам команды. По словам Ричарда Гордона, геофизика из Университета Райса в Хьюстоне, который не участвовал в исследовании, «это одна из причин, почему так приятно видеть это исследование с его многочисленными и красивыми палеомагнитными данными».

Киршвинк и его коллеги обнаружили, как и предсказывала истинная гипотеза полярного блуждания, итальянские данные указывают на угол наклона планеты на ~ 12˚ 84 миллиона лет назад. Команда также обнаружила, что Земля, похоже, исправилась — после опрокидывания на бок Земля изменила курс и повернулась назад, в результате чего общий отклонение составляет почти 25 ° дуги примерно за пять миллионов лет. Конечно, это было космическое «йо-йо».