jordens globale magnetfelt spiller en viktig rolle i hverdagen, og beskytter oss mot skadelig solstråling. Magnetfeltet, som har eksistert i milliarder av år, er forårsaket av en dynamo-eller generator-i det meste smeltet jern i jordens indre; denne flytende jern spyr i en prosess som kalles konveksjon. Men konveksjon skjer ikke alene. Den trenger en drivkraft—en strømkilde. Nå har Kandidatstudenten Joseph O ‘ Rourke og David Stevenson, Caltechs Marvin L. Goldberger Professor Of Planetary Science, foreslått en ny mekanisme som kan drive denne konveksjonen i jordens indre for hele jordens historie.
et papir som beskriver funnene, vises i 21.januar-utgaven Av Nature.
Konveksjon kan ses i slike hverdagsfenomener som en gryte med kokende vann. Varme i bunnen av potten fører til at lommer med væske blir mindre tette enn det omkringliggende væsken,og dermed stiger. Når de når overflaten, kjøler lommene av væske og synker igjen. Den samme prosessen skjer i det 1400 kilometer tykke laget av smeltet metall som utgjør den ytre kjernen.jorden består for det meste av mantelen (fast materiale laget av oksider og silikat der magnesium er fremtredende) og kjernen (hovedsakelig jern). Disse to områdene er vanligvis tenkt som helt atskilt; det vil si at mantelmaterialene ikke oppløses i kjernematerialene. De blander seg ikke på atomnivå, mye som vann vanligvis ikke blander seg med olje. Kjernen har en solid indre del som har vokst sakte gjennom jordens historie, da flytende jern i planetens indre størkner. Den ytre, flytende delen av kjernen er et lag av smeltet jern blandet med andre elementer, inkludert silisium, oksygen, nikkel og en liten mengde magnesium. Stevenson og O ‘ Rourke foreslår at overføringen av elementet magnesium i form av mantelmineraler fra ytre kjerne til bunnen av mantelen er mekanismen som driver konveksjon.
Magne Er et viktig element i mantelen, men det har lav oppløselighet i jernkjernen unntatt ved svært høye temperaturer-over 7200 grader Fahrenheit. Når jordens kjerne avkjøles, krystalliserer magnesiumoksider og magnesiumsilikater fra den metalliske, flytende ytre kjernen, mye som sukker som er oppløst i varmt vann, vil utfelle som sukkerkrystaller når vannet avkjøles. Fordi disse krystallene er mindre tette enn jern, stiger de til bunnen av mantelen. Det tyngre flytende metallet som er igjen, synker, Og Denne bevegelsen, hevder Stevenson, kan være mekanismen som har opprettholdt konveksjon i over tre milliarder år—mekanismen som igjen driver det globale magnetfeltet.»Nedbør av magnesiumbærende mineraler fra den ytre kjernen er 10 ganger mer effektiv ved å drive konveksjon enn vekst av den indre kjernen, «sier O’ Rourke. «Slike mineraler er svært spenstige og de resulterende væskebevegelsene kan transportere varme effektivt. Kjernen trenger bare å utfelle oppover et lag magnesiummineraler 10 kilometer tykt—noe som virker som mye, men det er ikke mye på skalaen til de indre og ytre kjernene—for å drive den ytre kjernens konveksjon.»
Tidligere modeller antok at jevn avkjøling av jern i den indre kjernen ville frigjøre varme som kunne drive konveksjon. Men de fleste målinger og teori de siste årene for termisk ledningsevne av jern-egenskapen som bestemmer hvor effektivt varme kan strømme gjennom et metall-indikerer at metallet lett kan overføre varme uten å bevege seg. «Oppvarming av jern på bunnen av den ytre kjernen vil ikke føre til at den stiger opp bøyelig—det kommer bare til å spre varmen til omgivelsene, «sier O’ Rourke.»Dave hadde ideen om en magnesiumdrevet dynamo for en stund, men det skulle ikke være noe magnesium I Jordens kjerne,» sier O ‘ Rourke. «Nå viser modeller av planetdannelse i det tidlige solsystemet at Jorden gjennomgikk hyppige påvirkninger med gigantiske planetariske legemer. Hvis disse voldsomme, energiske hendelsene skjedde, Ville Jorden ha opplevd mye høyere temperaturer under dannelsen enn tidligere antatt-temperaturer som ville vært høye nok til at noe magnesium kunne blandes i flytende metallisk jern.»
disse modellene gjorde det mulig å forfølge ideen om at dynamoen kan drives av nedbør av magnesiumbærende mineraler. O ‘ Rourke beregnet at mengden magnesium som ville ha oppløst seg i kjernen under Jordens varme tidlige stadier, ville ha forårsaket andre endringer i sammensetningen av mantelen som er i samsvar med andre modeller og målinger. Han beregnet også at nedbør av disse magnesiummineralene ville ha nok energi til å drive dynamoen i fire milliarder år.Eksperimentell verifisering av mengden magnesium som kan gå inn i kjernen er fortsatt sparsom, Sier O ‘ Rourke og Stevenson. «Ytterligere anvendelser av vår foreslåtte mekanisme inkluderer Venus—der Det ikke er magnetfelt-og de mange eksoplanetene som er mer massive Enn Jorden, men kan ha lignende kjemiske sammensetninger,» Sier Stevenson.