En gigantisk lavalampe inde i Jorden kan muligvis vende planetens magnetfelt

Hvis du kunne rejse tilbage i tiden 41, 000 år til sidste istid, dit kompas ville pege mod syd i stedet for mod nord. Det er fordi i en periode på et par hundrede år, Jordens magnetfelt blev vendt. Disse vendinger er sket gentagne gange i løbet af planetens historie, nogle gange varer hundredtusindvis af år. Det ved vi fra den måde, det påvirker dannelsen af ​​magnetiske mineraler, som vi nu kan studere på Jordens overflade.

Der findes flere ideer til at forklare, hvorfor magnetfeltvendinger sker. En af disse blev bare mere plausibel. Mine kolleger og jeg opdagede, at områder på toppen af ​​Jordens kerne kunne opføre sig som gigantiske lavalamper, med klatter af sten, der med jævne mellemrum stiger og falder dybt inde i vores planet. Dette kan påvirke dets magnetfelt og få det til at vende. Måden vi gjorde denne opdagelse på var ved at studere signaler fra nogle af verdens mest ødelæggende jordskælv.

Omkring 3, 000 km under vores fødder – 270 gange længere nede end den dybeste del af havet – er starten på Jordens kerne, en flydende kugle af for det meste smeltet jern og nikkel. Ved denne grænse mellem kernen og klippekappen ovenfor, temperaturen er næsten 4, 000 ℃ grader, ligner den på overfladen af ​​en stjerne, med et tryk på mere end 1,3 m gange det ved jordens overflade.

På kappesiden af ​​denne grænse, fast klippe flyder gradvist over millioner af år, driver pladetektonikken, der får kontinenter til at bevæge sig og ændre form. På kernesiden, væske, magnetisk jern hvirvler kraftigt, skabe og opretholde Jordens magnetfelt, der beskytter planeten mod stråling fra rummet, som ellers ville fjerne vores atmosfære.

Fordi det er så langt under jorden, den vigtigste måde, vi kan studere kernemantelgrænsen på, er ved at se på de seismiske signaler, der genereres af jordskælv. Ved at bruge information om formen og hastigheden af ​​seismiske bølger, vi kan finde ud af, hvordan den del af planeten, de har rejst igennem for at nå os, er. Efter et særligt stort jordskælv, hele planeten vibrerer som en ringende klokke, og måling af disse svingninger forskellige steder kan fortælle os, hvordan strukturen varierer inden for planeten.

På denne måde vi ved, at der er to store områder i toppen af ​​kernen, hvor seismiske bølger rejser langsommere end i de omkringliggende områder. Hver region er så stor, at den ville være 100 gange højere end Mount Everest, hvis den var på planetens overflade. Disse regioner, kaldet stor-lav-hastigheds-provinser eller oftere bare "klatter", have en væsentlig indflydelse på kappens dynamik. De påvirker også, hvordan kernen afkøles, som ændrer flowet i den ydre kerne.

Adskillige særligt ødelæggende jordskælv gennem de seneste årtier har gjort os i stand til at måle en særlig form for seismiske svingninger, der bevæger sig langs kerne-kappegrænsen, kendt som Stoneley-tilstande. Vores seneste forskning i disse tilstande viser, at de to klatter på toppen af ​​kernen har en lavere tæthed sammenlignet med det omgivende materiale. Dette tyder på, at materiale aktivt stiger op mod overfladen, i overensstemmelse med andre geofysiske observationer.

Ny forklaring

Disse områder kan være mindre tætte, blot fordi de er varmere. Men en spændende alternativ mulighed er, at den kemiske sammensætning af disse dele af kappen får dem til at opføre sig som klatterne i en lavalampe. Dette ville betyde, at de varmes op og periodisk stiger mod overfladen, før afkøling og sprøjtning ned på kernen igen.

En sådan adfærd ville ændre den måde, hvorpå varme udvindes fra kernens overflade over millioner af år. Og dette kunne forklare, hvorfor Jordens magnetfelt nogle gange vender om. Det faktum, at feltet har ændret sig så mange gange i Jordens historie, tyder på, at den interne struktur, vi kender i dag, også kan have ændret sig.

Vi ved, at kernen er dækket af et landskab af bjerge og dale som Jordens overflade. Ved at bruge flere data fra jordoscillationer til at studere denne topografi, vi vil være i stand til at producere mere detaljerede kort over kernen, der vil give os en meget bedre forståelse af, hvad der foregår dybt under vores fødder.