Без магнитното поле на Земята мигриращите животни губят пътя си и навигацията за всичко от кораби до момче-скаути се оказва безполезна. Но въпреки важността си, процесът, който захранва магнитното поле на планетата, остава загадка. Идеите изобилстват, но никоя от тях не може да отчете възрастта на магнитното поле на Земята. Сега, ново проучване може да има ключ към това несъответствие: скромен магнезий.
Свързано съдържание
- Магнитното поле на Земята е най-малко четири милиарда години
- Земята може да стане магнитна, след като изяде обект, наподобяващ живак
Разбиването на разтопеното ядро на Земята генерира електрически токове, които произвеждат магнитното поле на планетата в процес, наречен динамо.
"Ако нямате тези движения, магнитното поле на Земята ще се разпадне и то ще умре след около десет милиона години", казва Джоузеф О'Рурк, докторантура в Калифорнийския технологичен институт в Пасадена.
Но какви сили дава това движение, не е ясно. Бавното втвърдяване на вътрешното ядро на Земята и радиоактивното разпадане - две от водещите хипотези - не произвеждат достатъчно енергия за захранване на магнитното поле толкова дълго, колкото е било наоколо.
Скалните записи показват, че магнитното поле на Земята е най-малко 3, 4 милиарда години и може би е старо на 4, 2 милиарда години. Охлаждането на вътрешната сърцевина би осигурило само около милиард години енергия за магнитното поле. А в ядрото на Земята просто няма достатъчно радиоактивен материал, за да работи хипотезата за разпадане, казва Франсис Ниммо, планетарен учен от Калифорнийския университет в Санта Крус.
В ново проучване, публикувано в седмичния брой на списанието Nature, О'Рурк и Дейвид Стивънсън, планетарен учен от Caltech, предлагат нов химичен механизъм за установяване на различията на плаваемост във вътрешността на Земята, за да задвижват геодинамото.
Използвайки компютърни модели, двойката показа, че след гигантски удари, които бомбардират ранна Земя, малко количество от елемента магнезий би могло да се разтвори в ядрото, богато на желязо.
„Земята се е образувала в серия от наистина жестоки гигантски сблъсъци, които биха могли да нагреят мантията до температури от 7 000 Келвин [12 140 градуса по Фаренхайт]“, казва О'Рурк. "При тези температури елементи, които обикновено [не се смесват] с желязо, като магнезий, ще преминат в желязо."
Но тъй като магнезият е разтворим само в желязо при високи температури, тъй като ядрото на Земята се охлажда, магнезият ще се утаи или "ще излезе сняг" на външното ядро като богати на магнезий сплави. Тези сплави се транспортират до границата на основната мантия.
"Когато издърпате богата на магнезий сплав от сърцевината, това, което е останало, е по-плътно", казва О'Рурк. Концентриращата се маса като тази освобождава гравитационната енергия, която би могла да послужи като алтернативен източник на енергия за динамото, обяснява той.
Според О'Рурк и Стивънсън механизмът им за утаяване на магнезий може да захрани геодинамото в продължение на милиарди години, докато вътрешното ядро не започне да се охлажда и втвърдява, което според настоящите оценки се е случило преди около милиард години. В този момент двата процеса биха могли да започнат да работят в тандем за захранване на магнитното поле на Земята, казва О'Рурк.
"Утаяването на магнезий би могло да доведе до конвекция на желязо от горната част на сърцевината, докато освобождаването на леки елементи от вътрешната сърцевина [от втвърдяването] може да доведе до конвекция от дъното", казва той.
Планетарният учен Нимо, който не е участвал в изследването, казва, че харесва хипотезата за утаяване на магнезий, тъй като прави само две предположения: че Земята се нагрява по време на гигантско въздействие и че по време на гигантско въздействие металната сърцевина на ударника се излага да силикатен материал на мантията.
„Предполага се, че е трудно да се спори, макар че точно колко горещо става, не е сигурно“, казва Ниммо. Предположението 2 е малко по-малко сигурно, казва той, но повечето учени са съгласни, че когато скалистите тела се сблъскат с ранна Земя, някои елементи от тези удари, като магнезий, ще се прехвърлят в мантията. "След като направите тези две предположения, всичко останало следва естествено."
Сега, казва Ниммо, всичко, от което се нуждаем, са експерименти за тестване на идеите на О'Рурк и Стивънсън. „Проучването им се основава главно на изчислителни прогнози за това как магнезият трябва да се раздели като функция от температурата“, казва Ниммо.
Някои изследователи вече работят върху тези експерименти, така че може би е само въпрос на време, преди учените да се справят с това, което прави магнитното поле на Земята кърлежи.
„Нашият процес може да обясни не само как е действало динамото в миналото“, казва О’Рурк, „но [как] то би могло да действа и днес“.
