Земля «переворачивалась»: геомагнитные полюса планеты смещались несколько раз за последние 320 миллионов лет

Расположение географических полюсов Земли неоднократно менялось за последние 320 миллионов лет в процессе, известном как истинное полярное блуждание, согласно измерениям древних наводнений, вызванных изменениями уровня моря в результате смещения земной коры относительно оси вращения планеты.

Такое смещение может влиять на климат — как на локальном уровне, так и глобально, поскольку регионы, находившиеся у полюсов, перемещаются к более низким широтам, и наоборот. Это, в свою очередь, может влиять на атмосферную циркуляцию, которая определяет климат по всему миру.

Эти изменения затрагивали среду, в которой развивалась и эволюционировала жизнь, — от эпохи динозавров до некоторых из наших древнейших предков-приматов.

Истинное полярное блуждание — не то же самое, что изменение оси вращения Земли. Сейчас Земля вращается под углом 23,4 градуса относительно плоскости своей орбиты вокруг Солнца, и эта ось вращения может периодически меняться на протяжении десятков тысяч лет в результате циклов Миланковича, вызванных гравитационным притяжением Солнца и планет.

Истинное полярное блуждание — иное. Здесь угол оси вращения Земли не меняется относительно её орбитальной плоскости. Вместо этого земная кора и мантия смещаются относительно этой оси вращения. Это происходит потому, что Земля не является идеальной сферой. Она сплюснута: вращение Земли заставляет экватор выпячиваться, а полюса — слегка уплощаться. Поскольку Земля не сферична, у неё есть несколько осей инерции, крупнейшая из которых совпадает с осью вращения.

Эти оси должны быть сбалансированы, чтобы вращение Земли не стало хаотичным. Однако тектоника плит и, собственно, циклы Миланковича могут нарушить этот баланс масс, например, заставляя больше континентальной коры скапливаться в одном полушарии, чем в другом.

Чтобы восстановить равновесие, земная кора и мантия должны «отделиться» от ядра планеты, которое остаётся выровненным по оси вращения. С физической точки зрения, если в одном полушарии больше континентальной коры, кора и мантия могут повернуться в этом направлении относительно оси вращения и ядра Земли, чтобы сбалансировать себя. Это приводит к изменению географического положения полюсов — отсюда и название «истинное полярное блуждание».

Сейчас истинное полярное блуждание происходит со скоростью 10 сантиметров (4 дюйма) в год, но выяснить, когда и как быстро оно происходило в прошлом, непросто, тем более что тектоника плит может маскировать и даже имитировать сигнал истинного полярного блуждания.

Предыдущие исследования опирались на палеомагнетизм — изучение остаточных магнитных следов в древних породах, поскольку ориентация этих магнитных следов зависела от того, где находилась порода относительно магнитного поля Земли. Увы, это не слишком точный способ измерения истинного полярного блуждания, и учёные приходили к существенно разным выводам, используя этот метод.

Тем не менее на основе палеомагнетизма учёные заключили, что в далёком прошлом истинное полярное блуждание было незначительным или протекало медленно. Однако новые результаты исследователей из Центра планетарной обитаемости Университета Осло в Норвегии под руководством Мэтью Домейера показали, что это не так.

Команда Домейера изучила геологическую летопись, чтобы проследить, как менялся уровень моря на протяжении миллионов лет. Истинное полярное блуждание должно создавать узнаваемый pattern в изменениях уровня моря, поскольку океаны реагируют на изменения в распределении массы планеты. Изменения уровня моря были бы равными, но противоположными между полушариями — подъём уровня моря с одной стороны одного полушария сопровождался бы подъёмом с другой стороны противоположного полушария, создавая «квадрупольный» эффект.

Используя статистическое моделирование на картах изменений уровня моря с интервалами в 10 миллионов лет, команда Домейера выявила четыре периода истинного полярного блуждания: в раннем юрском периоде 190—200 миллионов лет назад, в позднем юрском — раннем меловом периоде 140—150 миллионов лет назад, в середине мелового периода 90—100 миллионов лет назад и от олигоцена 30 миллионов лет назад до миоцена 20 миллионов лет назад.

Результаты показывают, что, вопреки устоявшемуся мнению, истинное полярное блуждание может происходить всплесками, относительно быстрыми по геологическим меркам: в ходе этих эпизодов поверхность Земли смещалась относительно оси вращения на целых 0,6 градуса за миллион лет. По человеческим меркам это медленно, но по геологическим — довольно быстро, определённо быстрее тектоники плит.

Команда Домейера также смогла исключить предполагаемый случай истинного полярного блуждания около 300 миллионов лет назад, когда последний великий суперконтинент Пангея мигрировал на север. Оказалось, что движения Пангеи были полностью обусловлены тектоникой плит.

Результаты были опубликованы 1 октября в журнале Science.

Источники: Science, Центр планетарной обитаемости Университета Осло.