Bez ziemskiego pola magnetycznego migrujące zwierzęta gubią drogę, a nawigacja po wszystkim, od statków po skautów, staje się bezużyteczna. Ale pomimo jego znaczenia proces zasilający pole magnetyczne planety pozostaje tajemnicą. Pomysłów jest mnóstwo, ale żaden z nich nie uwzględnia wieku ziemskiego pola magnetycznego. Teraz nowe badanie może mieć klucz do tej niespójności: skromny magnez.
powiązana zawartość
- Ziemskie pole magnetyczne ma co najmniej cztery miliardy lat
- Ziemia może stać się magnetyczna po zjedzeniu obiektu podobnego do rtęci
Ubijanie stopionego rdzenia Ziemi generuje prądy elektryczne, które wytwarzają pole magnetyczne planety w procesie zwanym dynama.
„Gdybyście nie mieli takich wzburzonych ruchów, pole magnetyczne Ziemi rozpadłoby się i umarłoby za około dziesięć milionów lat”, mówi Joseph O'Rourke, doktor habilitowany w California Institute of Technology w Pasadenie.
Jednak moc tego ruchu jest niejasna. Powolne zestalanie się wewnętrznego jądra Ziemi i rozpad radioaktywny - dwie wiodące hipotezy - nie wytwarzają wystarczającej ilości energii, aby zasilić pole magnetyczne tak długo, jak jest w pobliżu.
Dane skalne wskazują, że pole magnetyczne Ziemi ma co najmniej 3, 4 miliarda lat, a być może nawet 4, 2 miliarda lat. Chłodzenie wewnętrznego rdzenia zapewniłoby energię o wartości około miliarda lat dla pola magnetycznego. Francis Nimmo, planetolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz, po prostu nie ma wystarczającej ilości materiału radioaktywnego w rdzeniu Ziemi, aby hipoteza rozpadu mogła zadziałać.
W nowym badaniu, opublikowanym w tym tygodniu w czasopiśmie Nature, O'Rourke i David Stevenson, planetolog z Caltech, zaproponowali nowy mechanizm chemiczny do ustalania różnic w wyporze we wnętrzu Ziemi w celu napędzania geodynamiki.
Korzystając z modeli komputerowych, para pokazała, że w następstwie gigantycznych uderzeń, które zbombardowały wczesną Ziemię, niewielka ilość pierwiastka magnezu mogła się rozpuścić w rdzeniu bogatym w żelazo.
„Ziemia uformowała się w serii naprawdę gwałtownych, gigantycznych zderzeń, które mogły podgrzać płaszcz do temperatur sięgających nawet 7000 kelwinów [12 140 stopni Fahrenheita]” - mówi O'Rourke. „W tych temperaturach pierwiastki, które normalnie nie mieszają się z żelazem, takie jak magnez, zamieniają się w żelazo”.
Ale ponieważ magnez rozpuszcza się w żelazie tylko w wysokich temperaturach, gdy rdzeń Ziemi ochładza się, magnez wytrąci się lub „odśnieje” z zewnętrznego rdzenia jako stopy bogate w magnez. Stopy te są transportowane do granicy płaszcza-rdzenia.
„Kiedy wyciągasz stop bogaty w magnez z rdzenia, to co pozostaje, jest gęstsze”, mówi O'Rourke. Wyjaśnia, że koncentracja takiej masy uwalnia energię grawitacyjną, która może służyć jako alternatywne źródło energii dla dynama.
Według O'Rourke i Stevensona ich mechanizm wytrącania magnezu mógł zasilać geodynamo przez miliardy lat, aż wewnętrzny rdzeń zaczął się ochładzać i zestalać, co według obecnych szacunków wydarzyło się około miliarda lat temu. W tym momencie oba procesy mogły rozpocząć pracę w tandemie, aby zasilać ziemskie pole magnetyczne, mówi O'Rourke.
„Wytrącanie magnezu może napędzać konwekcję [żelaza] z górnej części rdzenia, podczas gdy uwalnianie lekkich pierwiastków z rdzenia wewnętrznego [zestalania] może napędzać konwekcję z dołu” - mówi.
Planetolog Nimmo, który nie był zaangażowany w badanie, twierdzi, że podoba mu się hipoteza dotycząca wytrącania magnezu, ponieważ przyjmuje ona tylko dwa założenia: że Ziemia nagrzewa się podczas gigantycznego uderzenia i że podczas gigantycznego uderzenia metalowy rdzeń impaktora zostaje odsłonięty do krzemianowania materiału płaszcza.
„Założenie, z którym trudno się kłócić, choć nie wiadomo, jak dokładnie robi się gorąco” - mówi Nimmo. Założenie drugie jest nieco mniej bezpieczne, mówi, ale większość naukowców zgadza się, że skoro ciała skalne zderzyły się z wczesną Ziemią, niektóre pierwiastki z tych impaktorów, takie jak magnez, zostaną przeniesione na płaszcz. „Po przyjęciu tych dwóch założeń wszystko inne następuje w naturalny sposób”.
Teraz, jak mówi Nimmo, wszystko, czego potrzebujemy, to eksperymenty w celu przetestowania pomysłów O'Rourke i Stevensona. „Ich badania opierają się głównie na przewidywaniach obliczeniowych dotyczących podziału magnezu w funkcji temperatury” - mówi Nimmo.
Niektórzy badacze już pracują nad tymi eksperymentami, więc może być tylko kwestią czasu, zanim naukowcy zorientują się, co powoduje, że pole magnetyczne Ziemi działa.
„Nasz proces może wyjaśnić nie tylko to, jak działało dynamo w przeszłości”, mówi O'Rourke, „ale [jak] może nadal funkcjonować dzisiaj”.
