地球如何维持它的磁场-

- 编辑:大众自然网 -

地球如何维持它的磁场-

地球核心的化学组成是如何塑造其地质历史和宜居性的?

如我们所知,如果没有地球的磁场,以及它使来自太阳风和更遥远的宇宙射线的危险电离粒子偏转的能力,生命就不可能存在。它是由地球外核中的液态铁不断运动产生的,这种现象被称为地发电机。

尽管地球发电机具有根本性的重要性,但关于它的起源以及几千年来支撑它的能源来源,仍有许多问题没有得到解答。

一个国际研究团队,包括现任和前任卡内基科学家Alexander Goncharov, Nicholas Holtgrewe, Sergey Lobanov和Irina Chuvashova的新工作检查了在以铁为主的地核中轻元素的存在如何影响地发电机的起源和可持续性。他们的研究结果发表在《自然通讯》上。

我们的星球是由太阳年轻时围绕在它周围的尘埃和气体盘状物吸积而成的。最终,密度最大的物质在行星形成过程中向内下沉,形成了今天存在的地核、地幔和地壳。虽然地核以铁为主,但地震资料显示,在分异过程中,一些较轻的元素,如氧、硅、硫、碳、氢,被溶入其中。

随着时间的推移,内核结晶并从那时起持续冷却。就其本身而言,从地核流入地幔的热量能驱动地发电机吗?或者这种热对流需要轻元素浮力的额外推动,而不仅仅是热量,从冷凝的内核中移动出来?

了解地核化学成分的细节有助于回答这个问题。

硅酸盐在地幔中占主导地位,在氧和铁之后,硅是地球上第三丰富的元素,所以它可能是一种可以在地核与铁合金的主要较轻的元素。在中央研究院和国立台湾大学的谢文平领导下,研究人员利用实验室模拟地球深处的环境,来模拟硅的存在将如何影响从地球铁质核心到地幔的热量传递。

“核心材料的导热性越低,产生地发电机所需的阈值就越低,”Goncharov解释说。“在足够低的阈值下,核心外的热流可以完全由热对流驱动,而不需要额外的物质运动来使其工作。”

研究小组发现,在它们模拟的内核中,浓度约为8%重的硅,在地球的整个历史中,geodynamo可能只在热量传输上起作用。

展望未来,他们想要扩大他们的努力,以了解核心中氧、硫和碳的存在将如何影响这种对流过程。