země je globální magnetické pole hraje důležitou roli v našem každodenním životě, která nás chrání před škodlivým slunečním zářením. Magnetické pole, které existuje po miliardy let, je způsobena dynamem nebo generátoru—v rámci většinou roztavené železo v zemské interiéru; tekuté železo se víří v proces se nazývá konvekce. Konvekce se však nestává sama o sobě. Potřebuje hnací sílu-zdroj energie. Nyní, postgraduální student Joseph O ‚ Rourke a David Stevenson z Caltechu je Marvin L. Goldberger Profesor Planetární Vědy, navrhl nový mechanismus, který může výkon této konvekce v zemském nitru pro všechny historii země.

dokument s podrobnostmi o zjištěních se objevuje v čísle Nature z 21.ledna.

konvekce může být viděna v takových každodenních jevech, jako je hrnce s vroucí vodou. Teplo na dně hrnce způsobuje, že kapsy tekutiny se stávají méně hustými než okolní tekutina, a tím se zvedají. Když se dostanou na povrch, kapsy tekutiny se ochladí a znovu klesají. Stejný proces probíhá ve vrstvě roztaveného kovu o tloušťce 1400 mil, která tvoří vnější jádro.

země se skládá převážně z pláště (pevný materiál vyrobený z oxidů a křemičitanu, ve kterém je hořčík prominentní) a jádra (hlavně železa). Tyto dvě oblasti jsou obvykle považovány za zcela oddělené; to znamená, že materiály pláště se nerozpouštějí v jádrových materiálech. Nemíchají se na atomové úrovni, stejně jako voda se obvykle nemíchá s olejem. Jádro má pevnou vnitřní část, která pomalu rostla v celé historii země, jak tekuté železo ve vnitřku planety ztuhne. Vnější, kapalná část jádra je vrstva roztaveného železa smíchaná s jinými prvky, včetně křemíku, kyslíku, niklu a malého množství hořčíku. Stevenson a O ‚ Rourke navrhují, že přenos prvku hořčíku ve formě minerálů pláště z vnějšího jádra na základnu pláště je mechanismus, který pohání konvekci.

Magneisum je významným prvkem v plášti, ale to má nízkou rozpustnost v železné jádro až na velmi vysoké teploty—nad 7,200 stupňů Celsia. Jako zemské jádro se ochladí, hořčíku, oxidy a křemičitany hořčíku krystalizovat z metalíza, tekuté vnější jádro, stejně jako cukr, který se rozpustí v horké voda se bude srážet jako krystalů cukru, až se voda ochladí. Protože tyto krystaly jsou méně husté než železo, stoupají na základnu pláště. Těžší tekutý kov zanechal, pak klesá, a tento návrh, Stevenson tvrdí, může být mechanismus, který má trvalé konvekce pro více než tři miliardy let—mechanismus, který zase pohání globální magnetické pole.

„srážení minerálů nesoucích hořčík z vnějšího jádra je 10krát účinnější při řízení konvekce než růst vnitřního jádra, „říká O‘ Rourke. „Takové minerály jsou velmi vztlakové a výsledné pohyby tekutin mohou účinně přenášet teplo. Jádro potřebuje pouze vysrážet nahoru vrstvu hořčíkových minerálů o tloušťce 10 kilometrů-což se zdá být hodně—ale není to moc na stupnici vnitřních a vnějších jader—aby bylo možné řídit konvekci vnějšího jádra.“

předchozí modely předpokládaly, že stálé chlazení železa ve vnitřním jádru uvolní teplo, které by mohlo pohánět konvekci. Ale většina měření a teorie v posledních několika letech pro tepelná vodivost železa—vlastnost, která určuje, jak efektivně teplo může proudit přes kovové—znamená, že kov může snadno přenášet teplo bez pohybu prochází. „Zahřívání železa ve spodní části vnějšího jádra nezpůsobí, že by se vznášelo vzhůru-jen to odvádí teplo do svého okolí, „říká O‘ Rourke.

„Dave měl chvíli představu o Dynamu poháněném hořčíkem, ale v zemském jádru neměl být žádný hořčík, „říká O‘ Rourke. „Nyní modely planetární formace v rané sluneční soustavě ukazují, že země prošla častými dopady s obřími planetárními těly. Pokud tyto násilné, energický události došlo, Zemi by byli zažívá mnohem vyšší teploty během svého vzniku, než se dříve myslelo—teploty, které by byly dostatečně vysoké, aby některé hořčík, aby směs do tekuté kovové železo.“

tyto modely umožnily pokračovat v myšlence, že dynamo může být poháněno srážením minerálů nesoucích hořčík. O ‚ Rourke spočítali, že množství hořčíku, které by se rozpustí v jádru v Zemi je horko raných fázích by způsobily další změny ve složení pláště, které jsou v souladu s ostatními modely a měření. Vypočítal také, že srážení těchto hořčíkových minerálů bude mít dostatek energie k napájení Dynama po dobu čtyř miliard let.

experimentální ověření množství hořčíku, které může jít do jádra, je stále řídké, říkají O ‚ Rourke a Stevenson. „Další aplikace našeho navrhovaného mechanismu zahrnují Venuši-kde není magnetické pole – a hojné exoplanety, které jsou masivnější než Země, ale mohou mít podobné chemické složení,“ říká Stevenson.