Hvordan opretholder Jorden sit magnetfelt?

Hvordan formede den kemiske sammensætning af vores planets kerne dens geologiske historie og beboelighed?

Livet, som vi kender det, kunne ikke eksistere uden Jordens magnetfelt og dens evne til at aflede farlige ioniserende partikler fra solvinden og mere vidtstrakte kosmiske stråler. Det genereres kontinuerligt af flydende jerns bevægelse i Jordens ydre kerne, et fænomen kaldet geodynamo.

På trods af dens grundlæggende betydning, mange spørgsmål forbliver ubesvarede om geodynamo's oprindelse og de energikilder, der har holdt den op gennem årtusinder.

Nyt arbejde fra et internationalt team af forskere, herunder nuværende og tidligere Carnegie-forskere Alexander Goncharov, Nicholas Holtgrewe, Sergey Lobanov, og Irina Chuvashova undersøger, hvordan tilstedeværelsen af ​​lettere elementer i den overvejende jernkerne kan påvirke geodynamoens tilblivelse og bæredygtighed. Deres resultater er offentliggjort af Naturkommunikation .

Vores planet voksede sammen fra skiven af ​​støv og gas, der omgav vores sol i sin ungdom. Til sidst, det tætteste materiale sank indad i den dannede planet, skabe de lag, der eksisterer i dag – kerne, kappe, og skorpe. Selvom, kernen er overvejende jern, seismiske data indikerer, at nogle lettere grundstoffer som oxygen, silicium, svovl, kulstof, og brint, blev opløst i det under differentieringsprocessen.

Over tid, den indre kerne krystalliserede og har været konstant afkølet siden da. På egen hånd, kunne varme, der strømmer ud af kernen og ind i kappen, drive geodynamoen? Eller har denne termiske konvektion brug for et ekstra boost fra lette elementers opdrift, ikke kun varme, bevæger sig ud af en kondenserende indre kerne?

Forståelse af detaljerne i kernens kemiske sammensætning kan hjælpe med at besvare dette spørgsmål.

Silikater er fremherskende i kappen, og efter ilt og jern, silicium er det tredje mest udbredte grundstof i Jorden, så det er en sandsynlig mulighed for et af de vigtigste lettere elementer, der kunne legeres med jern i kernen. Ledet af Wen-Pin Hsieh fra Academia Sinica og National Taiwan University, forskerne brugte laboratoriebaseret mimik af dybe jordforhold til at simulere, hvordan tilstedeværelsen af ​​silicium ville påvirke transmissionen af ​​varme fra planetens jernkerne ud i kappen.

"Jo mindre termisk ledende kernematerialet er, jo lavere tærskelværdien er nødvendig for at generere geodynamoen, " Goncharov forklarede. "Med en lav nok tærskel, varmestrømmen ud af kernen kunne drives udelukkende af den termiske konvektion, uden behov for yderligere bevægelse af materiale for at få det til at fungere."

Holdet fandt, at en koncentration på omkring 8 vægtprocent silicium i deres simulerede indre kerne, Geodynamoen kunne have fungeret på varmetransmission alene i hele planetens historie.

Ser frem til, de ønsker at udvide deres indsats for at forstå, hvordan tilstedeværelsen af ​​ilt, svovl, og kulstof i kernen ville påvirke denne konvektionsproces.