地球のグローバル磁場は、有害な日射から私たちを遮蔽し、私たちの日常生活の中で重要な役割を果た 何十億年もの間存在していた磁場は、地球の内部の大部分が溶融した鉄の中のダイナモまたは発電機によって引き起こされます。 しかし、対流はそれ自体では起こりません。 動力源である駆動力が必要です。 さて、大学院生のJoseph O’RourkeとDavid Stevenson、CaltechのMarvin L.Goldberger惑星科学教授は、地球の歴史のすべてのために地球の内部のこの対流に動力を与えることができる新しいメカ

この調査結果を詳述した論文がnatureのJanuary21号に掲載されています。

対流は、沸騰した水の鍋のような日常的な現象で見ることができます。 ポットの底部の熱は、流体のポケットを周囲の流体よりも密度が低くなり、したがって上昇させる。 彼らは表面に到達すると、流体のポケットが再び冷却し、シンク。 この同じプロセスは、外側のコアを構成する溶融金属の1,400マイルの厚さの層で発生します。

地球は主にマントル（マグネシウムが顕著な酸化物とケイ酸塩で作られた固体材料）とコア（主に鉄）で構成されています。 これらの2つの領域は、通常、完全に分離されていると考えられています。 それらは、水が通常油と混合しないように、原子レベルで混合しない。 コアは、惑星の内部の液体鉄が凝固するにつれて、地球の歴史を通してゆっくりと成長してきた固体の内部部分を持っています。 コアの外側の液体部分は、ケイ素、酸素、ニッケル、および少量のマグネシウムを含む他の元素と混合された溶融鉄の層である。 StevensonとO’Rourkeは、外核からマントルの基底部へのマントル鉱物の形での元素マグネシウムの移動が対流を動力とするメカニズムであると提案している。

マグネイサムはマントルの主要な元素ですが、華氏7,200度以上の非常に高い温度を除いて鉄心への溶解度は低いです。 地球の核が冷えると、酸化マグネシウムとケイ酸マグネシウムは、水が冷えると砂糖の結晶として沈殿するように、金属、液体の外核から結晶化します。 これらの結晶は鉄よりも密度が低いため、マントルの基部に上昇します。 残された重い液体金属は沈み、この運動は30億年以上にわたって対流を持続させたメカニズムである可能性があるとStevensonは主張する。

“外核からのマグネシウム含有鉱物の沈殿は、内核の成長よりも対流を促進するのに10倍効果的です”とO’Rourke氏は言います。 「このような鉱物は非常に浮力があり、結果として生じる流体の動きは熱を効果的に輸送することができます。 コアは、外側のコアの対流を駆動するために、厚さ10キロメートルのマグネシウム鉱物の層を上向きに沈殿させる必要があります—これは多くのように見えますが、内側と外側のコアの規模ではあまりありません-。”

以前のモデルでは、内核の鉄を定常的に冷却すると、対流を引き起こす可能性のある熱が放出されると想定していました。 しかし、鉄の熱伝導率に関する過去数年間のほとんどの測定と理論—熱が金属をどのように効率的に流れるかを決定する特性—は、金属が運動を受けずに熱を容易に伝達することができることを示しています。 「外側のコアの底にある鉄を加熱しても、それが浮力的に上昇することはありません—それは単にその周囲に熱を放散するだけです」とO’Rourkeは言います。

“Daveはしばらくの間、マグネシウム動力のダイナモのアイデアを持っていましたが、地球のコアにはマグネシウムがないはずでした”とO’Rourke氏は言います。 「今、初期の太陽系における惑星形成のモデルは、地球が巨大な惑星体と頻繁に衝突したことを示しています。 これらの暴力的で精力的な出来事が起こった場合、地球は以前に考えられていたよりもはるかに高い温度を経験していたでしょう—いくつかのマ”

これらのモデルは、ダイナモがマグネシウム含有鉱物の沈殿によって駆動される可能性があるという考えを追求することを可能にしました。 オルークは、地球の高温初期の段階で核に溶けたマグネシウムの量は、他のモデルや測定値と一致するマントルの組成の他の変化を引き起こしたと計算した。 彼はまた、これらのマグネシウム鉱物の降水量は、40億年のダイナモに電力を供給するのに十分なエネルギーを持つであろうと計算しました。

コアに入ることができるマグネシウムの量の実験的検証はまだまばらである、O’RourkeとStevensonは言う。 「私たちの提案されたメカニズムのさらなる応用には、磁場がない金星と、地球よりも巨大であるが同様の化学組成を持つかもしれない豊富な系外惑星が含まれます」とStevenson氏は言います。