По мнению геологов, разделение Земли на слои произошло еще во время формирования нашей планеты, то есть около 4,5 миллиардов лет назад. В то время с ней часто сталкивались астероиды, в результате чего планета раскалилась и частично расплавилась. За миллионы лет более тяжелые элементы, такие как железо и никель, опустились вниз, образовав ядро, а более легкие, например кислород и кремний, собрались выше, в мантии. Потом астероиды стали падать реже, поверхность Земли остыла и затвердела, что и привело к образованию земной коры. Внутри же продолжала сохраняться высокая — несколько тысяч градусов — температура. Километры земной коры блокировали выход накопившегося тепла, и мантия с ядром оставались горячими.

Атомная печка

Все же земная кора слишком тонка для того, чтобы на протяжении миллиардов лет надежно сохранять тепло. Почему же внутренняя часть нашей планеты не остыла? Дело в том, что в ядре вместе с железом и никелем собрались радиоактивные элементы — прежде всего уран. В результате распада этих элементов постоянно выделяется энергия, которая и поддерживает высокую температуру ядра. То есть внутри Земли находится своеобразная атомная печка, которая подогревает ядро, а далее тепло распространяется в вышележащую мантию и достигает земной коры в виде магматических очагов. Впрочем, так как радиоактивных элементов в ядре постепенно становится всё меньше и меньше, оно всё-таки понемногу остывает. И в результате внешняя часть жидкого ядра постепенно загустевает, а его твердая внутренняя часть увеличивает свой диаметр. На сколько? По подсчетам ученых, примерно на 1 мм в год. Оцени мастерство геофизиков, сумевших «поймать» этот миллиметр!

Гигантские магниты

Магнитное поле Земли тоже генерируется в центре нашей планеты. Образующееся там тепло, передается наружу, и в жидкой части ядра эта передача осуществляется за счет конвекции — нагретое, и значит, более легкое вещество поднимается вверх, а остывшее, более тяжелое, опускается вниз, к твердой части ядра. Как известно, железо и никель, из которых в основном состоит ядро Земли, являются хорошими проводниками. Таким образом, во внешнем ядре происходит движение проводника. Причем движение это происходит в магнитном поле, источником которого является Солнце (конечно, поле это чрезвычайно слабое, но тем не менее, оно есть). Любой человек, изучающий физику, знает: движение проводника в магнитном поле создает электрический ток. Таким образом, в движущемся слое жидкого ядра возникает ток, который, в свою очередь, усиливает изначальное магнитное поле, что приводит к еще большему увеличению тока…
Но такой процесс не может продолжаться до бесконечности, потому что рано или поздно излишки тока начинают уходить на нагрев жидкой части ядра.
Внимательный читатель заметит: тепловые потоки могут возникнуть в любом месте жидкого ядра, значит, и образуемые ими магнитные поля будут направлены хаотично и в результате станут «гасить» друг друга. Почему же магнитное поле Земли более или менее постоянно, и почему его силы хватает, чтобы повернуть стрелку компаса в нужном направлении? Всё дело в том, что под действием вращения Земли конвективные потоки закручиваются в спирали — точно так же, как в атмосфере закручиваются циклоны, и спирали эти направлены не как попало, а преимущественно вдоль оси вращения Земли. То есть каждый такой поток очень напоминает гигантский электромагнит (ведь в электромагните ток тоже течет по спиральной обмотке), ось которого почти совпадает с осью вращения Земли, а линии магнитного поля входят в ядро с одного конца этой спирали и выходят с другого. В результате и получается этакий «суммарный магнит», полюса которого расположены примерно вдоль земной оси.

Кувырки полюсов

При этом нет никаких причин, по которым этот «суммарный магнит» должен быть повернут именно так, как сейчас — южным магнитным полюсом на географический север а северным — на географический юг. С тем же успехом он может быть развернут и в противоположном направлении. Как выяснили ученые, в прошлом магнитные полюса много раз менялись местами и никакой закономерности в интервалах между «переворотами» не обнаружено. Такие события, называемые еще инверсиями магнитного поля, происходят примерно раз в миллион лет, но интервал между разворотами не постоянен: бывали времена, когда полюса менялись местами через несколько десятков тысячелетий, а бывало, что в течение миллионов лет полюса оставались на своих местах. Последний раз инверсия магнитного поля произошла примерно 780 тысяч лет назад, и текущий период спокойного магнитного поля — самый длинный за последние пять миллионов лет. Так что вполне возможно, скоро начнется очередная инверсия.
Признаки начала такой инверсии уже есть. Из-за неустойчивости конвективных потоков в ядре, магнитные полюса Земли всё время немного смещаются. Однако если до конца XX века скорость этого смещения не превышала 15 км в год, то сейчас, например, Северный магнитный полюс движется со скоростью 55 км в год. С 1831 года, когда его положение было впервые точно зафиксировано — тогда он находился на крайнем севере материковой части Канады, он прошел уже более 2300 км, сместившись в сторону Сибири. Если это движение продолжится с той же скоростью и в том же направлении, через пару десятков лет нужно готовиться встречать его у нас на Таймыре. Кроме того, за последнее столетие общая интенсивность магнитного поля Земли упала примерно на 5%.

В чём опасность?

Чем инверсия магнитного поля Земли может грозить человечеству? Если магнитные полюса Земли и в самом деле решат поменяться местами (а не просто прогуляться по окрестностям географических полюсов), то такая смена будет сопровождаться значительным ослаблением магнитного поля. Причем продолжаться этот период будет несколько тысяч лет. А ведь магнитное поле защищает нас от вредного для живых организмов космического излучения! Конечно, тот факт, что жизнь на Земле пережила уже сотни, а то и тысячи подобных разворотов, внушает некоторый оптимизм. Есть и еще одна неприятность. В условиях ослабленного магнитного поля существенно увеличатся риски отказа электрических сетей, а также аэронавигационной аппаратуры и спутников. Но с этой бедой человечество, несомненно, справится.