Uden Jordens magnetfelt mister migrerende dyr deres vej, og navigation til alt fra skibe til Boy Scouts gøres ubrugelig. Men trods dens betydning forbliver processen, der styrker planetens magnetiske felt, et mysterium. Ideerne florerer, men ingen af dem kan redegøre for alderen på Jordens magnetfelt. Nu kan en ny undersøgelse have nøglen til denne inkonsekvens: ydmyg magnesium.
Relateret indhold
- Jordens magnetfelt er mindst fire milliarder år gammel
- Jorden kan være blevet magnetisk efter at have spist et kviksølvlignende objekt
Opskæring af Jordens smeltede kerne genererer elektriske strømme, der producerer planetens magnetfelt i en proces kaldet en dynamo.
"Hvis du ikke havde disse snurrende bevægelser, ville det magnetiske felt i Jorden forfaldne, og det ville dø om cirka ti millioner år, " siger Joseph O'Rourke, en postdoktorisk forsker ved California Institute of Technology i Pasadena.
Men hvad der magter denne bevægelse er uklar. Langsom størkning af Jordens indre kerne og radioaktivt henfald - to af de førende hypoteser - producerer ikke nok energi til at drive magnetfeltet, så længe det har eksisteret.
Bergregistreringer viser, at Jordens magnetfelt er mindst 3, 4 milliarder år gammelt og måske så gammelt som 4, 2 milliarder år. Afkøling af den indre kerne ville kun give omkring en milliard års værdi af energi til magnetfeltet. Og der er bare ikke nok radioaktivt materiale i Jordens kerne til, at forfaldshypotesen fungerer, siger Francis Nimmo, en planetvidenskabsmand ved University of California, Santa Cruz.
I en ny undersøgelse, der blev offentliggjort i denne uges nummer af tidsskriftet Nature, foreslår O'Rourke og David Stevenson, en planetvidenskabsmand ved Caltech, en ny kemisk mekanisme til opsætning af opdriftsforskelle i Jordens indre for at drive geodynamoen.
Ved hjælp af computermodeller viste parret, at i kølvandet på gigantiske påvirkninger, der bombarderede den tidlige jord, kunne en lille mængde af elementet magnesium være blevet opløst i den jernrige kerne.
"Jorden dannet i en række virkelig voldelige, gigantiske kollisioner, der kunne have opvarmet mantelen til temperaturer så høje som 7.000 Kelvin [12.140 grader Fahrenheit], " siger O'Rourke. "Ved disse temperaturer vil elementer, der normalt ikke [blandes med] jern, som magnesium, gå i jern."
Men fordi magnesium kun er opløseligt i jern ved høje temperaturer, når Jordens kerne afkøles, vil magnesium udfælde eller "sne ud" af den ydre kerne som magnesiumrige legeringer. Disse legeringer transporteres op til kernemantelgrænsen.
"Når du trækker magnesiumrig legering ud af kernen, er det, der bliver tilbage, tættere, " siger O'Rourke. Koncentrerende masse som den frigiver gravitationsenergi, der kan tjene som en alternativ strømkilde for dynamoen, forklarer han.
Ifølge O'Rourke og Stevenson kunne deres magnesiumudfældningsmekanisme have drevet geodynamoen i milliarder af år, indtil den indre kerne begyndte at køle ned og størkne, hvilket de nuværende skøn antyder skete for omkring en milliard år siden. På det tidspunkt kunne de to processer være begyndt at arbejde sammen for at styrke Jordens magnetfelt, siger O'Rourke.
"Magnesiumudfældning kunne drive [jern] -konvektion fra toppen af kernen, mens frigørelse af lette elementer fra den indre kerne [fra størkning] kunne drive konvektion fra bunden, " siger han.
Planetvidenskabsmand Nimmo, der ikke var involveret i undersøgelsen, siger, at han kan lide hypotesen om magnesiumnedbør, fordi den kun antager to antagelser: At Jorden bliver varm under en gigantisk påvirkning, og at under en kæmpe påvirkning, bliver den metalliske kerne i påvirkeren udsat til silikatmantelmateriale.
"Antagelse man er svært at argumentere med, skønt nøjagtigt hvor varmt det bliver, er usikkert, " siger Nimmo. Antagelse to er lidt mindre sikker, siger han, men de fleste videnskabsmænd er enige om, at når klippekroppe kolliderede med den tidlige jord, ville nogle elementer fra disse påvirkere, såsom magnesium, blive overført til kappen. "Når du først har taget disse to antagelser, følger alt andet naturligt."
Nu, siger Nimmo, alt hvad vi har brug for er eksperimenter til at teste O'Rourke og Stevensons ideer. ”Deres undersøgelse er hovedsageligt baseret på beregningsmæssige forudsigelser af, hvordan magnesium skal opdeles som en funktion af temperaturen, ” siger Nimmo.
Nogle forskere arbejder allerede på disse eksperimenter, så det kan kun være et spørgsmål om tid, før forskere nuller i hvad der får Jordens magnetiske felt til at krydse.
"Vores proces kunne ikke kun forklare, hvordan dynamoen fungerede i fortiden, " siger O'Rourke, "men [hvordan] den stadig kunne fungere i dag."
