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地球如何維持其磁場?
2020-07-09 18:40上一篇:來自阿拉斯加的化石顎骨是少見的北極幼龍 |下一篇:發(fā)現(xiàn)了一個古老的恐龍和翼龍的近親
地球核心的化學(xué)組成如何影響其地質(zhì)歷史和宜居性?
我們知道,如果沒有地球磁場以及它能夠?qū)⑽kU(xiǎn)的電離粒子從太陽風(fēng)和更遙遠(yuǎn)的宇宙射線中偏轉(zhuǎn)出來的生命就不可能存在。它是由液態(tài)鐵在地球外核中的運(yùn)動連續(xù)產(chǎn)生的,這種現(xiàn)象稱為大地發(fā)電機(jī)。
盡管它具有根本性的重要性,但關(guān)于土工發(fā)電機(jī)的起源以及在幾千年中維持它的能源仍然有許多問題尚未得到解答。
一個國際研究團(tuán)隊(duì)的新工作,包括現(xiàn)任和前任卡耐基科學(xué)家亞歷山大·貢恰洛夫,尼古拉斯·霍爾特格雷威,謝爾蓋·洛巴諾夫和伊琳娜·楚瓦紹娃,研究了鐵芯中較輕元素的存在如何影響大地發(fā)電機(jī)的成因和可持續(xù)性。他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然通訊》上。
我們的星球從年輕時(shí)環(huán)繞我們的太陽的塵埃和氣體盤中吸出。最終,最稠密的物質(zhì)向內(nèi)沉入形成的行星,形成了當(dāng)今存在的層-核心,地幔和地殼。盡管巖心主要是鐵,但地震數(shù)據(jù)表明,在分化過程中,一些較輕的元素如氧,硅,硫,碳和氫溶解了其中。
隨著時(shí)間的流逝,內(nèi)芯結(jié)晶并從那時(shí)起一直持續(xù)冷卻。就其本身而言,熱量是否可以從巖心流出并流到地幔中驅(qū)動地發(fā)電機(jī)?還是這種熱對流是否需要從輕質(zhì)元素的浮力中獲得額外的推動力,而不僅僅是熱量從冷凝的內(nèi)芯中移出?
了解核心化學(xué)成分的細(xì)節(jié)可以幫助回答這個問題。
硅酸鹽是地幔中的主要元素,僅次于氧氣和鐵,硅是地球上含量第三高的元素,因此對于可能與核心中的鐵合金化的主要輕元素之一,硅可能是一種選擇。在中國科學(xué)院和臺灣大學(xué)的謝文彬的帶領(lǐng)下,研究人員使用了基于實(shí)驗(yàn)室的深地球條件模擬技術(shù),來模擬硅的存在如何影響熱量從行星鐵芯傳遞到地幔中。
貢恰洛夫解釋說:“核心材料的導(dǎo)熱性越差,生成土工發(fā)電機(jī)所需的閾值越低。” “具有足夠低的閾值,流出鐵芯的熱通量可以完全由熱對流驅(qū)動,而無需額外移動材料即可使之工作。”
研究小組發(fā)現(xiàn),在模擬的內(nèi)核中,硅藻土的濃度約為8%(重量),這可能是整個地球歷史上傳熱的唯一作用。
展望未來,他們希望加倍努力,以了解核心中氧,硫和碳的存在將如何影響對流過程。
作者得到了中國科學(xué)院,臺灣科學(xué)技術(shù)部,中國國家自然科學(xué)基金,杰出學(xué)術(shù)促進(jìn)基金會,中國科學(xué)院,美國國家科學(xué)基金會,陸軍研究的支持。辦公室,深碳天文臺和亥姆霍茲青年研究者小組。