science >> Wetenschap >  >> Natuur

Hoe onderhoudt de aarde zijn magnetisch veld?

Krediet:Carnegie Instituut voor Wetenschap

Hoe vormde de chemische samenstelling van de kern van onze planeet de geologische geschiedenis en bewoonbaarheid?

Het leven zoals we dat kennen zou niet kunnen bestaan ​​zonder het magnetische veld van de aarde en zijn vermogen om gevaarlijke ioniserende deeltjes af te buigen van de zonnewind en verder weg gelegen kosmische straling. Het wordt continu gegenereerd door de beweging van vloeibaar ijzer in de buitenste kern van de aarde, een fenomeen dat de geodynamo wordt genoemd.

Ondanks het fundamentele belang ervan, veel vragen blijven onbeantwoord over de oorsprong van de geodynamo en de energiebronnen die deze gedurende de millennia hebben onderhouden.

Nieuw werk van een internationaal team van onderzoekers, waaronder huidige en voormalige Carnegie-wetenschappers Alexander Goncharov, Nicholas Holtgrewe, Sergej Lobanov, en Irina Chuvashova onderzoekt hoe de aanwezigheid van lichtere elementen in de overwegend ijzeren kern het ontstaan ​​en de duurzaamheid van de geodynamo kan beïnvloeden. Hun bevindingen zijn gepubliceerd door Natuurcommunicatie .

Onze planeet is ontstaan ​​uit de schijf van stof en gas die onze zon in zijn jeugd omringde. Eventueel, het dichtste materiaal zonk naar binnen in de zich vormende planeet, het creëren van de lagen die vandaag bestaan ​​- kern, mantel, en korst. Hoewel, de kern is overwegend ijzer, seismische gegevens geven aan dat sommige lichtere elementen zoals zuurstof, silicium, zwavel, koolstof, en waterstof, werden erin opgelost tijdens het differentiatieproces.

Overuren, de binnenkern kristalliseerde en is sindsdien continu aan het afkoelen. Op zichzelf, kan warmte die uit de kern en in de mantel stroomt de geodynamo aandrijven? Of heeft deze thermische convectie een extra boost nodig van het drijfvermogen van lichte elementen, niet alleen warmte, uit een condenserende binnenkern komen?

Het begrijpen van de specifieke kenmerken van de chemische samenstelling van de kern kan helpen bij het beantwoorden van deze vraag.

Silicaten zijn overheersend in de mantel, en na zuurstof en ijzer, silicium is het op twee na meest voorkomende element op aarde, dus het is een waarschijnlijke optie voor een van de belangrijkste lichtere elementen die gelegeerd kunnen worden met ijzer in de kern. Onder leiding van Wen-Pin Hsieh van Academia Sinica en National Taiwan University, de onderzoekers gebruikten laboratoriumgebaseerde nabootsing van diepe aardse omstandigheden om te simuleren hoe de aanwezigheid van silicium de overdracht van warmte van de ijzeren kern van de planeet naar de mantel zou beïnvloeden.

"Hoe minder warmtegeleidend het kernmateriaal is, hoe lager de drempel die nodig is om de geodynamo te genereren, " legde Goncharov uit. "Met een drempel die laag genoeg is, de warmtestroom uit de kern kan volledig worden aangedreven door de thermische convectie, zonder dat er extra materiaal moet worden verplaatst om het te laten werken."

Het team ontdekte dat een concentratie van ongeveer 8 gewichtsprocent silicium in hun gesimuleerde binnenkern, de geodynamo had de hele geschiedenis van de planeet alleen op warmteoverdracht kunnen functioneren.

Ergens naar uitkijken, ze willen hun inspanningen uitbreiden om te begrijpen hoe de aanwezigheid van zuurstof, zwavel, en koolstof in de kern zou dit convectieproces beïnvloeden.