câmpul magnetic global al pământului joacă un rol vital în viața noastră de zi cu zi, protejându-ne de radiațiile solare dăunătoare. Câmpul magnetic, care există de miliarde de ani, este cauzat de un dinam—sau generator—în fierul în cea mai mare parte topit din interiorul pământului; acest fier lichid se produce într-un proces numit convecție. Dar convecția nu se întâmplă de la sine. Are nevoie de o forță motrice—o sursă de energie. Acum, studentul absolvent Joseph O ‘ Rourke și David Stevenson, Marvin L. Goldberger de la Caltech, profesor de științe planetare, au propus un nou mecanism care poate alimenta această convecție în interiorul pământului pentru toată istoria Pământului.

o lucrare care detaliază constatările apare în numărul din 21 ianuarie al Nature.

convecția poate fi văzută în astfel de fenomene de zi cu zi ca o oală cu apă clocotită. Căldura din partea de jos a vasului face ca buzunarele de lichid să devină mai puțin dense decât fluidul din jur și, astfel, să crească. Când ajung la suprafață, buzunarele de lichid se răcesc și se scufundă din nou. Același proces are loc în stratul gros de 1.400 de mile de metal topit care alcătuiește miezul exterior.

pământul constă în cea mai mare parte din manta (material solid format din oxizi și silicat în care magneziul este proeminent) și miezul (în principal fierul). Aceste două regiuni sunt de obicei considerate complet separate; adică materialele mantalei nu se dizolvă în materialele de bază. Nu se amestecă la nivel atomic, la fel cum apa nu se amestecă de obicei cu uleiul. Miezul are o parte interioară solidă care a crescut încet de-a lungul istoriei pământului, pe măsură ce fierul lichid din interiorul planetei se solidifică. Partea exterioară, lichidă a miezului este un strat de fier topit amestecat cu alte elemente, inclusiv siliciu, oxigen, nichel și o cantitate mică de magneziu. Stevenson și O ‘ Rourke propun că transferul elementului magneziu sub formă de minerale de manta de la miezul exterior la baza mantalei este mecanismul care alimentează convecția.

magneziul este un element major în manta, dar are o solubilitate scăzută în miezul de fier, cu excepția temperaturilor foarte ridicate—peste 7.200 de grade Fahrenheit. Pe măsură ce miezul pământului se răcește, oxizii de magneziu și silicații de magneziu cristalizează din miezul exterior metalic, lichid, la fel cum zahărul care a fost dizolvat în apă fierbinte va precipita ca cristale de zahăr atunci când apa se răcește. Deoarece aceste cristale sunt mai puțin dense decât fierul, ele se ridică la baza mantalei. Metalul lichid mai greu lăsat în urmă se scufundă, iar această mișcare, susține Stevenson, poate fi mecanismul care a susținut convecția de peste trei miliarde de ani—mecanismul care, la rândul său, alimentează câmpul magnetic global.”precipitarea mineralelor purtătoare de magneziu din miezul exterior este de 10 ori mai eficientă la conducerea convecției decât creșterea miezului interior”, spune O ‘ Rourke. „Astfel de minerale sunt foarte plutitoare, iar mișcările fluide rezultate pot transporta eficient căldura. Miezul trebuie doar să precipite în sus un strat de minerale de magneziu de 10 kilometri grosime—ceea ce pare mult, dar nu este mult pe scara miezurilor interioare și exterioare—pentru a conduce convecția miezului exterior.”

modelele anterioare au presupus că răcirea constantă a fierului în miezul interior ar elibera căldură care ar putea alimenta convecția. Dar majoritatea măsurătorilor și teoriei din ultimii ani pentru conductivitatea termică a fierului—proprietatea care determină cât de eficient poate curge căldura printr—un metal-indică faptul că metalul poate transfera cu ușurință căldura fără a fi supus mișcării. „Încălzirea fierului în partea de jos a miezului exterior nu va face ca acesta să se ridice plutitor—doar va disipa căldura în împrejurimile sale”, spune O ‘ Rourke.

„Dave a avut ideea unui dinam alimentat cu magneziu pentru o vreme, dar nu trebuia să existe magneziu în miezul pământului”, spune O ‘ Rourke. „Acum, modelele de formare planetară din Sistemul solar timpuriu arată că Pământul a suferit impacturi frecvente cu corpuri planetare uriașe. Dacă aceste evenimente violente, energetice au avut loc, pământul ar fi experimentat temperaturi mult mai ridicate în timpul formării sale decât se credea anterior—temperaturi care ar fi fost suficient de ridicate pentru a permite o parte din magneziu să se amestece în fier metalic lichid.”

aceste modele au făcut posibilă urmărirea ideii că dinamul poate fi alimentat de precipitarea mineralelor purtătoare de magneziu. O ‘ Rourke a calculat că cantitățile de magneziu care s-ar fi dizolvat în miez în timpul etapelor timpurii fierbinți ale Pământului ar fi provocat alte modificări ale compoziției mantalei care sunt în concordanță cu alte modele și măsurători. El a calculat, de asemenea, că precipitarea acestor minerale de magneziu ar avea suficientă energie pentru a alimenta dinamul timp de patru miliarde de ani.

verificarea experimentală a cantității de magneziu care poate intra în miez este încă rară, spun O ‘ Rourke și Stevenson. „Alte aplicații ale mecanismului nostru propus includ Venus-unde nu există câmp magnetic-și exoplanetele abundente care sunt mai masive decât Pământul, dar pot avea compoziții chimice similare”, spune Stevenson.