Магнитная история льда. Ученые установили связь между магнитным полем Земли и льдом на полюсах

Идея исследования возможной связи между льдом и магнитной историей Земли возникла далеко от источника льда планеты - на солнечном острове Корсика, где профессор Одед Ааронсон из Отдела наук о Земле и планетах Института присутствовал на конференции по магнетизму. Более конкретно, исследователи там обсуждали область, известную как палеомагнетизм, которая в основном изучается с помощью хлопьев магнитных минералов, которые были захвачены либо в породах, либо в кернах, пробуренных в океанических отложениях. Такие частицы выравниваются с магнитным полем Земли в то время, когда они находятся на своем месте, и даже миллионы лет спустя исследователи могут проверить их магнитное выравнивание север-юг и понять положение магнитных полюсов Земли в то далекое время.

Именно это и дало Ааронсону идею: если в океанских отложениях можно обнаружить небольшие количества магнитных материалов, возможно, их также можно обнаружить в ловушке во льду и измерить. Некоторым пластам льда, замерзшего в ледниках в таких местах, как Гренландия или Аляска, много тысячелетий, и они слоистые, как древесные кольца. Пробуренные через них ледяные керны исследуются на наличие таких признаков, как потепление планеты или ледниковый период. А почему бы не изучить инверсии и в магнитном поле?

Первый вопрос, который Ааронсон и его ученик Юваль Гроссман, который возглавлял проект, должны был задать, состоял в том, возможно ли, чтобы процесс, в котором лед формируется в областях около полюсов, мог содержать обнаруживаемую запись инверсий магнитных полюсов. Эти случайно расположенные изменения происходили на протяжении всей истории нашей планеты, вызванные хаотическим движением жидкого железного динамо в глубине ядра планеты. В полосчатых скальных образованиях и слоистых отложениях исследователи измеряют магнитный момент - магнитные ориентации север-юг - магнитных материалов в них, чтобы выявить магнитный момент магнитного поля Земли в то время. Ученые полагали, что такие магнитные частицы могут быть обнаружены в пыли, которая задерживается вместе с водяным льдом, в ледниках и ледяных щитах.

Исследовательская группа создала экспериментальную установку для моделирования образования льда, такого как образование в полярных ледниках, где частицы пыли в атмосфере могут даже обеспечить ядра, вокруг которых образуются снежинки. Исследователи создали искусственный снегопад путем тонкого измельчения льда, сделанного из очищенной воды, добавления небольшого количества магнитной пыли и позволяющего ему падать через очень холодный столб, который подвергался воздействию магнитного поля, причем последний имеет ориентацию, контролируемую учеными. Поддерживая очень низкие температуры - около 30 градусов по Цельсию ниже нуля, они обнаружили, что могут генерировать миниатюрные «ледяные ядра», в которых снег и пыль сильно замерзали в твердый лед.

«Если на пыль не воздействует внешнее магнитное поле, она осядет в случайных направлениях, которые нейтрализуют друг друга», - говорит Ааронсон. «Но если ее часть будет ориентирована в определенном направлении прямо перед тем, как частицы замерзнут на месте, суммарный магнитный момент будет обнаружим».

Чтобы измерить магнетизм «ледяных кернов», созданных ими в лаборатории, ученые Вейцмана доставили их в Еврейский университет в Иерусалиме, в лабораторию профессора Рона Шаара, где установлен чувствительный магнитометр, способный измерять самые малейшие измерения магнитных моментов. Команда обнаружила небольшой, но определенно обнаруживаемый магнитный момент, который соответствовал магнитным полям, приложенным к их образцам льда.

«Палеомагнитная история Земли была изучена на основании данных о скалистых камерах; чтение ее в ледяных кернах может выявить дополнительные измерения или помочь назначить точные даты другим находкам в этих кернах», - говорит Ааронсон. «И мы знаем, что поверхности Марса и больших ледяных лун, таких как Европа, были подвержены воздействию магнитных полей. Было бы интересно посмотреть на изменения магнитного поля во льду, взятом из других тел в нашей солнечной системе».

«Мы доказали, что это возможно», - добавляет он. 

Ааронсон даже предложил исследовательский проект для будущей космической миссии, включающей отбор проб ледяного керна на Марсе, и он надеется, что эта демонстрация возможности измерения такого керна будет способствовать привлекательности этого предложения, пишет phys.org.