Magnetisme opdaget i Jordens kappe

Det enorme magnetfelt, der omgiver Jorden, at beskytte det mod stråling og ladede partikler fra rummet - og som mange dyr endda bruger til orienteringsformål - ændrer sig konstant, hvilket er grunden til, at geovidenskabsfolk holder det konstant under overvågning. De gamle velkendte kilder til Jordens magnetfelt er Jordens kerne - ned til 6, 000 kilometer dybt inde i Jorden – og jordskorpen:med andre ord, jorden vi står på. Jordens kappe, på den anden side, strækker sig fra 35 til 2, 900 kilometer under jordens overflade, er hidtil stort set blevet betragtet som "magnetisk død". Et internationalt team af forskere fra Tyskland, Frankrig, Danmark og USA har nu påvist, at en form for jernoxid, hæmatit, kan bevare sine magnetiske egenskaber selv dybt nede i jordens kappe. Dette sker i relativt kolde tektoniske plader, kaldet plader, som findes især under det vestlige Stillehav.

"Denne nye viden om Jordens kappe og det stærkt magnetiske område i det vestlige Stillehav kunne kaste nyt lys over enhver observation af Jordens magnetfelt, " siger mineralfysiker og førsteforfatter Dr. Ilya Kupenko fra universitetet i Münster (Tyskland). De nye resultater kunne, for eksempel, være relevant for eventuelle fremtidige observationer af de magnetiske anomalier på Jorden og på andre planeter såsom Mars. Dette skyldes, at Mars ikke længere har en dynamo og dermed ingen kilde, der gør det muligt at opbygge et stærkt magnetfelt, der stammer fra kernen, som det på Jorden. Måske, derfor, nu være værd at tage et mere detaljeret kig på dens kappe. Undersøgelsen er offentliggjort i Natur .

Baggrund og anvendte metoder

Dybt inde i jordens metalliske kerne, det er flydende jernlegering, der udløser elektriske strømme. I den yderste jordskorpe, sten forårsager magnetisk signal. I de dybere områder af jordens indre, imidlertid, man mente, at klipperne mister deres magnetiske egenskaber på grund af de meget høje temperaturer og tryk.

Forskerne kiggede nu nærmere på de vigtigste potentielle kilder til magnetisme i Jordens kappe:jernoxider, som har en høj kritisk temperatur - dvs. den temperatur, over hvilken materiale ikke længere er magnetisk. I jordens kappe, jernoxider forekommer i plader, der er begravet fra jordskorpen længere ind i kappen, som følge af tektoniske skift, en proces kaldet subduktion. De kan nå en dybde i Jordens indre på mellem 410 og 660 kilometer – den såkaldte overgangszone mellem Jordens øvre og nedre kappe. Tidligere, imidlertid, ingen havde haft held med at måle jernoxidernes magnetiske egenskaber ved de ekstreme tryk- og temperaturforhold, der findes i denne region.

Nu kombinerede forskerne to metoder. Ved hjælp af en såkaldt diamantamboltcelle, de pressede prøver af jernoxidhæmatit i mikrometrisk størrelse mellem to diamanter, og opvarmede dem med lasere for at nå tryk på op til 90 gigapascal og temperaturer på over 1, 000 °C (1, 300 K). Forskerne kombinerede denne metode med såkaldt Mössbauer-spektroskopi for at undersøge prøvernes magnetiske tilstand ved hjælp af synkrotronstråling. Denne del af undersøgelsen blev udført på ESRF synkrotronanlæg i Grenoble, Frankrig, og dette gjorde det muligt at observere ændringerne i den magnetiske orden i jernoxid.

Det overraskende resultat var, at hæmatitten forblev magnetisk op til en temperatur på omkring 925 °C (1, 200 K) – den fremherskende temperatur i de subducerede plader under den vestlige del af Stillehavet i Jordens overgangszonedybde. "Som resultat, vi er i stand til at demonstrere, at Jordens kappe ikke er nær så magnetisk 'død', som det hidtil er blevet antaget, " siger prof. Carmen Sanchez-Valle fra Institut for Mineralogi ved Münster Universitet. "Disse resultater kan retfærdiggøre andre konklusioner vedrørende hele Jordens magnetfelt, " tilføjer hun.

Relevans for undersøgelser af Jordens magnetfelt og polernes bevægelse

Ved at bruge satellitter og studere sten, forskere observerer jordens magnetfelt, samt de lokale og regionale ændringer i magnetisk styrke. Baggrund:Jordens geomagnetiske poler – ikke at forveksle med de geografiske poler – bevæger sig konstant. Som et resultat af denne bevægelse har de faktisk skiftet position med hinanden hver 200. 000 til 300, 000 år i Jordens nyere historie. Det sidste pælskift skete 780, 000 år siden, og sidste årtier rapporterer forskere om acceleration i bevægelsen af ​​Jordens magnetiske poler. Flip af magnetiske poler ville have dybtgående virkning på den moderne menneskelige civilisation. Faktorer, der styrer bevægelser og flip af de magnetiske poler, samt anvisninger, de følger under væltning, er endnu ikke forstået.

En af polernes ruter observeret under vendingerne løber over det vestlige Stillehav, svarende meget mærkbart til de foreslåede elektromagnetiske kilder i Jordens kappe. Forskerne overvejer derfor muligheden for, at de magnetiske felter, der observeres i Stillehavet ved hjælp af stenregistreringer, ikke repræsenterer polernes migrationsrute målt på jordens overflade, men stammer fra den hidtil ukendte elektromagnetiske kilde af hæmatitholdige bjergarter i Jordens kappe under det vestlige Stillehav.

"Det, vi nu ved - at der er magnetisk ordnede materialer dernede i Jordens kappe - bør tages i betragtning i enhver fremtidig analyse af Jordens magnetfelt og af polernes bevægelse, " siger medforfatter prof. Leonid Dubrovinsky ved det bayerske forskningsinstitut for eksperimentel geokemi og geofysik ved Bayreuth University.