Як Земля підтримує своє магнітне поле?

Життя, як ми його знаємо, не могло б існувати без магнітного поля Землі і її здатності відволікати небезпечні іонізуючі частинки від сонячного вітру і галактичних променів. Воно безперервно генерується рухом рідкого заліза в зовнішньому ядрі Землі - явище, зване геодинамо.

Незважаючи на його фундаментальне значення, багато питань залишаються без відповіді про походження геодинаміки і джерела енергії, які підтримували його протягом тисячоліть.

Нова робота міжнародної групи вчених досліджує, як присутність більш легких елементів у переважно залізному ядрі може вплинути на генезис і стійкість геодинаміки. Їх результати опубліковані Nature Communications.

Наша планета наростала з диска пилу і газу, який на зорі часів оточував наше Сонце. Зрештою, найщільніший матеріал перемістився всередину в планеті, що формується, створюючи шари, які існують сьогодні - ядро, мантію і кору.

Хоча ядро також складається переважно з заліза, сейсмічні дані показують, що деякі легші елементи, такі як кисень, кремній, сірка, вуглець і водень, були розчинені в ньому під час процесу диференціації.

З часом внутрішнє ядро стало кристалізованим і відтоді безперервно охолоджується. Чи може тепло, яке випливає з ядра в мантію, керувати геодинамікою? Чи ця теплова конвекція потребує додаткового прискорення від плавучості легких елементів, а не тільки тепла, що виходять з конденсованого внутрішнього ядра?

Розуміння специфіки хімічного складу ядра може допомогти відповісти на це питання.

Силікати переважають в мантії, і після кисню і заліза кремній є третім за поширеністю елементом на Землі, тому він є ймовірним варіантом для одного з основних більш легких елементів, які можуть бути леговані залізом в ядрі.

Дослідники використовували лабораторну імітацію глибоких земних умов, щоб змоделювати, як присутність кремнію вплине на передачу тепла від залізного ядра планети в мантію.

"Чим легше теплопровідний матеріал ядра, тим нижче поріг, необхідний для генерації геодинаміки. При досить низькому порозі тепловий потік з ядра може повністю управлятися тепловою конвекцією, без необхідності додаткового руху матеріалу, щоб змусити його працювати ".

Вчені виявили, що при концентрації приблизно 8% кремнію в їх модельованому внутрішньому ядрі геодинаміка могла функціонувати тільки за рахунок передачі тепла протягом всієї історії планети.

Заглядаючи вперед, вони хочуть розширити свої зусилля, щоб зрозуміти, як присутність кисню, сірки і вуглецю в ядрі вплине на цей процес конвекції.