Внутренняя часть ядра вращается быстрее внешней и играет роль ротора – вращающейся части электрогенератора, в то время как внешняя – роль статора (его неподвижной части). В расплавленном веществе внешнего ядра возбуждается электрический ток, который, в свою очередь, порождает мощное магнитное поле. Это и есть принцип динамо-машины. Иными словами, земное ядро представляет собой громадный электромагнит. Силовые линии созданного им магнитного поля начинаются в районе одного полюса Земли и заканчиваются в районе другого полюса. Форма и интенсивность этих линий варьируются.

Зародилось же магнитное поле Земли, как полагают ученые, еще в ту пору, когда только шло формирование планеты. Возможно, решающую роль сыграло Солнце. Оно запустило эту природную «динамо-машину», которая продолжает свою работу и теперь.

Ядро окружено мантией. Ее нижние слои находятся под большим давлением и разогреты до очень высоких температур. На границе, разделяющей мантию и ядро, протекают интенсивные процессы теплообмена. Перенос тепла играет ключевую роль. К более холодной мантии притекает тепло из раскаленного ядра Земли, и это сказывается на конвективных потоках в самом ядре, меняет их.

В зонах субдукции, например, участки морского дна опускаются в глубь Земли, почти достигая границы, разделяющей мантию и ядро. Эти куски литосферных плит, «отправленные» на переплавку в недра планеты, заметно холоднее той части мантии, где оказались. Они охлаждают окружающие их области мантии, и сюда начинает перетекать тепло со стороны ядра Земли. Процесс этот очень длительный. Расчеты показывают, что порой лишь по прошествии сотен миллионов лет температура охлажденных областей мантии выравнивается.

В свою очередь, раскаленное вещество, поднимаясь в виде громадных струй от границы, разделяющей мантию и ядро, достигает поверхности планеты. Этот круговорот вещества, эти сложные процессы перетекания вверх-вниз, на «лифте Земли» то раскаленного, то очень холодного вещества, несомненно, влияют на работу природной «динамо-машины». Рано или поздно она сбивается с привычного ритма, и тогда создаваемое ею магнитное поле начинает меняться. Компьютерные модели показывают, что время от времени все может кончиться сменой магнитных полюсов.

В этой смене полюсов нет ничего необычного. В истории нашей планеты такое происходило часто. Однако были эпохи, когда смена полюсов прекращалась. Например, в меловом периоде они не менялись местами на протяжении почти 40 миллионов лет.

Пытаясь объяснить этот феномен, французские исследователи во главе с Франсуа Петрели обратили внимание на положение континентов относительно экватора. Оказалось, чем больше континентов лежит в одном из полушарий Земли, тем чаще ее магнитное поле меняет свое направление. Если же, наоборот, континенты располагаются симметрично относительно экватора, то на протяжении многих миллионов лет магнитное поле остается стабильным.

Так, может быть, положение континентов влияет на конвективные потоки во внешней части ядра? В таком случае это влияние осуществляется через зоны субдукции. Когда почти все континенты находятся в одном из полушарий, там будет и больше зон субдукции. Массивная, холодная кора будет всё опускаться к границе, разделяющей мантию и ядро, и скапливаться там. Образовавшиеся заторы, несомненно, нарушат тепловой обмен между мантией и ядром. Компьютерная модель показывает, что конвективные потоки во внешнем ядре из-за этого тоже смещаются. Теперь уже и они асимметричны относительно экватора. Очевидно, при таком их расположении земную «динамо-машину» легче вывести из равновесия. Она, словно человек, вставший на одну ногу и готовый потерять равновесие от легкого толчка. Вот и магнитное поле внезапно «переворачивается».

Итак, весьма вероятно, что на смену магнитных полюсов влияют тектонические процессы, протекающие на нашей планете, и, прежде всего, движение континентов. Прояснить это могут дальнейшие палеомагнитные исследования, В любом случае ученые обнаруживают все больше фактов, которые свидетельствуют о том, что между движением литосферных плит на поверхности Земли и «динамо-машиной», создающей магнитное поле Земли и расположенной в самом центре планеты, есть определенная связь.

Мощное магнитное поле – отличительная особенность нашей планеты. Земля представляет собой один громадный магнит. Это кажется чем-то незыблемым, неизменным. Но впечатление обманчиво. Не раз в истории Земли магнитное поле необъяснимым образом ослабевало, а затем его полюса менялись местами. Лишь после этого незримый экран, защищающий планету от космического излучения, вновь восстанавливался.

Чем объяснить подобные метаморфозы? Как они сказывались на судьбах всего живого? Эти вопросы имеют не только теоретическое значение. Магнитное поле Земли постепенно становится слабее и сейчас. За последние полтора века его полюса заметно сместились. Неужели нас ждет катастрофа?

Долгое время магнитное поле Земли и впрямь считалось символом стабильности. Однако с начала 1960-х годов геологи стали обнаруживать «неправильно намагниченные минералы». Как известно, многие минералы сохраняют магнитные характеристики, приобретенные в момент своего формирования. И вот, судя по ним, в далеком прошлом магнитные полюса Земли располагались иначе. «Доисторический компас» указывал не на север, а на юг. На протяжении всей земной истории полюса менялись местами. Два с небольшим миллиарда лет Северный магнитный полюс оставался «северным» и примерно столько же времени был «южным».

То же подтверждали и исследования, проводившиеся в окрестности вулканов. Лава, застывавшая в разные эпохи, надежно передавала особенности магнитного поля Земли – служила «магнитным календарем». Чтение его страниц помогло ученым детально воссоздать картину геомагнитных инверсий.

Как же происходит смена магнитных полюсов? Чем это грозит нашей планете? И такой ли беззащитной окажется на какое-то время Земля? Или космическая радиация все же не будет проникать к ее поверхности?

Модель, которую разработали американские геофизики Гэри Глацмайер и Пол Робертс, показывает, что все начинается с того, что магнитное поле Земли понемногу ослабевает. Проходит 500—1000 лет, и его привычная двухполюсная структура внезапно меняется. Поле становится хаотичным. Если сейчас его силовые линии начинаются в районе одного полюса и заканчиваются в окрестности другого, то во время инверсии они расположатся в полном беспорядке. На какое-то время возникнет три, четыре, а то и больше магнитных полюсов. Наконец, после этой стадии «всеобщей сумятицы» поле снова стабилизируется. Восстановится его прежняя структура с двумя магнитными полюсами, но теперь Северный полюс расположится там, где был Южный, и наоборот. Геологические исследования свидетельствуют, что смена полюсов продолжается в среднем около 7000 лет, причем в районе экватора магнитное поле стабилизируется уже через 2000 лет, а в окрестности полюсов – через 11 тысяч лет.

Следует отметить, что в минувшем десятилетии появились компьютерные модели, показывающие, что при отсутствии магнитного поля, создаваемого земным ядром, в верхних слоях атмосферы нашей планеты, на расстоянии 350 километров от ее поверхности, генерируется «запасное» магнитное поле. Оно защитит жизнь на Земле так же надежно, как и обычное магнитное поле. Поэтому космическая радиация по-прежнему не будет проникать к поверхности планеты. Причиной появления этого «запасного» поля становятся сами космические лучи. Они электризуют воздушную оболочку планеты, и это приводит к возбуждению магнитного поля. Такую модель разработал, например, немецкий астрофизик Харальд Леш.

Наблюдения палеонтологов и геологов косвенно подтверждают эту гипотезу. В слоях отложений на дне Атлантического океана, соответствующих периодам смены магнитных полюсов, не замечено следов повышенной радиоактивности. У животных, населявших нашу планету в эти эпохи, не обнаружено возросшей частоты мутаций.

Теперь, когда сценарий грядущей геомагнитной инверсии хотя бы отчасти понятен, напрашивается вопрос: когда ее ждать? Что могут сказать об этом ученые?

Для начала отметим, что в последний раз смена полюсов происходила очень давно – около 750—780 тысяч лет назад. Даже по геофизическим меркам это целая вечность. Ведь за последние 100 миллионов лет магнитные полюса менялись в среднем через каждые 200—500 тысяч лет. Новая смена полюсов запаздывает. Так скоро ли она наступит?

Систематические наблюдения за магнитным полем Земли ведутся с середины XIX века. За это время положение его полюсов заметно изменилось. Так, начиная с 1841 года Северный магнитный полюс (следует отметить, что с физической точки зрения этот полюс является «южным», поскольку притягивает северный полюс стрелки компаса. – А. В.) преодолел 1100 километров, а Южный – 1300 километров. Сейчас Северный магнитный полюс все быстрее перемещается по Арктике. Большую часть ХХ века скорость его дрейфа составляла около 10 километров в год, но начиная с 1983 года он стал передвигаться быстрее. В 1983—1994 годах скорость его движения составляла 15 километров в год, а теперь достигла 50 километров в год. Сейчас он располагается менее чем в 500 километрах от географического Северного полюса, к северу от побережья Канады. Если он продолжит двигаться с той же скоростью и в том же направлении, то примерно к 2020 году достигнет географического Северного полюса, а уже к 2050 году – берегов Сибири.

Ученые пока не знают, почему полюс так стремительно перемещается из Канады в Россию. Возможно, причина кроется в изменении конвективных потоков во внешней части земного ядра. В истории планеты подобное происходило обычно перед сменой полюсов, когда магнитное поле Земли заметно ослабевало. Вот и сегодня множатся признаки близящейся инверсии, отмечалось в 2012 году на страницах журнала Nature Geoscience.

Чем беспокойнее ведут себя магнитные полюса, тем слабее становится поле. Сейчас его напряженность уменьшается примерно на 5 % за столетие. Простой расчет показывает, что через 2000 лет она станет равна нулю. Иными словами, магнитное поле исчезнет? Но эта гипотеза с научной точки зрения никак не обоснована. Мы не можем точно сказать, будет ли магнитное поле Земли в ближайшие века меняться так же стремительно, как и в последние 100 лет. В истории нашей планеты напряженность магнитного поля не раз заметно колебалась, но смены полюсов при этом не происходило.

Отнюдь не новы и странные блуждания Северного магнитного полюса. Возможно, в конце концов он вернется из Сибири в Канаду. Подобные события уже не раз повторялись за последние 2000 лет, отмечает Джозеф Стонер из Орегонского университета. Стонер и его коллеги исследовали отложения в некоторых арктических озерах. Эти отложения интересны тем, что содержат минералы, в которых имеется железо, а потому они могут поведать о том, каким было магнитное поле много веков назад. Как выяснилось, каждые 500 лет всего лишь за одно-единственное столетие Северный магнитный полюс перемещается на несколько тысяч километров. Всего с начала нашей эры он трижды предпринимал подобные спурты.

Так что причин для паники нет. Смена магнитных полюсов не станет катастрофой для нашей планеты. Только за последние 400 миллионов лет Земля уже несколько сотен раз переживала смену полюсов, но это не привело к гибели всего живого. Наоборот, жизнь на Земле становилась все сложнее и разнообразнее. Палеонтологи не нашли свидетельств массового вымирания животных в те эпохи, когда магнитные полюса менялись местами.

Бесконечное море деревьев… Трескучий мороз… Безлюдная лесная даль… Такой воображается тайга тому, кто ни разу там не бывал. Однако она гораздо интереснее наших представлений о ней.

Сами размеры тайги вводят нас в заблуждение. Бореальные (boreal переводится с латыни как «северный») хвойные леса охватывают территорию от горных районов Аляски до атлантического побережья Северной Америки, от Скандинавии до Тихого океана. Общая площадь, занимаемая тайгой, составляет 14 миллионов квадратных километров. Она кажется неприступной крепостью, на тверди которой человек как будто способен оставить только щербины. Громадная полоса хвойных лесов простирается от 50 до 70° северной широты. Около 13 % всей суши покрыто тайгой. Но нам, когда мы слышим это слово, непременно припоминается Сибирь. Площадь, занимаемая здесь тайгой, составляет около 5,5 миллиона квадратных километров.

В Южном полушарии нет ничего похожего на тайгу. Ведь там, в высоких широтах, нет громадных материков, где мог бы установиться континентальный климат, который необходим для нее.

Часто тайгу называют «зеленым морем», но тот, кто ожидал увидеть нечто подобное, при первой встрече с ней будет обманут в ожиданиях. Тайга многолика. Непрестанную круговерть деревьев нередко рассекают просторные поляны, заросшие травой, или болота (ими покрыта пятая часть территории, занятой тайгой). По весне, когда тают снега, она и впрямь превращается в море. Здешняя почва скована мерзлотой, а потому талая вода не может просочиться вглубь и растекается по лесу. В летние месяцы зеленое марево иногда вспыхивает огнем – начинаются лесные пожары. Когда же приходит зима, то на 6—7 месяцев тайга, занесенная без конца и без края снегами, словно погружается в сон.

Это лишь на первый взгляд тайга кажется единой экосистемой. На самом деле она, словно огромная мозаика, сложена из многочисленных элементов, которые заметно разнятся по своему климату, по своей экологии.

Так, в евразийской тайге, если перемещаться с запада на восток, среднегодовая температура неизменно понижается, зима становится все длиннее, лето – короче. Всё объясняется просто: влияние теплого атлантического воздуха все менее ощутимо по мере того, как мы переносимся в глубь материка. Воцаряется суровый континентальный климат. Очень заметно отличается и количество осадков, выпадающих в разных районах тайги. Поэтому ученые все чаще задаются вопросом: можно ли вообще рассматривать тайгу как единую экосистему?

В отличие от дождевых тропических лесов, поражающих своим буйством растительности, тайга кажется скучной. Подчас на обширных территориях можно встретить лишь деревья одного-двух видов. Сосны, ели, пихты, а в Сибири еще и кедровые сосны – вот они определяют облик тайги. Лишь там, где климат несколько мягче, можно встретить отдельные виды лиственных деревьев, в первую очередь березы и осины. Они более или менее успешно пытаются противостоять натиску хвойных деревьев.

Почва в тайге устлана плотным ковром из иголок и веток, достигающим порой полуметровой высоты. На разложение хвои в здешнем климате уходит приблизительно 350 лет. Почва гораздо медленнее освобождается от груза прошлого, чем в лиственных лесах. Там этот процесс протекает примерно в 20—100 раз быстрее.

Суровый таежный край, «северная пустыня». На первый взгляд, тайга – это унылый, безжизненный лес, опустелая даль, множащая километры сотнями и тысячами. На самом деле животный мир тайги очень разнообразен, пусть она и уступает в этом отношении тропическим лесам. Здесь, в этой чащобе, среди непроходимого бурелома, поселилось множество зверей и птиц. Тайга для них – последнее прибежище в их вековом противостоянии с человеком. Здесь крадется тигр, бродят не потревоженные никем олени и лоси. Одних только птиц здесь обитает более 300 видов. Как же растения и животные выживают здесь? Как противостоят трескучим морозам? Как защищаются от врагов? Стратегии, применяемые ими, очень разнообразны.

Многие животные на время зимних холодов впадают в спячку. Другие, как, например, лось или северный олень, в процессе эволюции обзавелись «толстой шубой», позволяющей им даже в очень сильный мороз подолгу бродить по тайге в поисках пищи. Третьи меняют на зиму цвет своей шерсти, чтобы раствориться среди белоснежных просторов.

Вечнозеленые хвойные деревья также приспособились к жестокой зимней стуже. Например, хвоя осенью отвердевает. Это помогает ей выдерживать морозы до −40 °C. Если бы не эта хитрость, хвоинки отмирали бы уже при 7° ниже нуля. Кроме того, плотный слой воска защищает эпидермис от высыхания в зимние месяцы.

Любопытную стратегию выбрала черная ель (Picea mariana