Як Земля підтримує своє магнітне поле?

Як хімічний склад ядра нашої планети визначив її географічну історію і наявність життя?

Про це говориться в прес-релізі Інституту наук Карнегі.

Життя, як ми знаємо, не могло б існувати без магнітного поля Землі та його здатності відбивати небезпечні іонізуючі частинки від сонячного вітру та більш віддалених космічних променів. Воно безперервно генерується рухом рідкого заліза у зовнішньому ядрі Землі – явище, яке називається геодинамо.

Незважаючи на його фундаментальне значення, багато питань щодо походження геодинамо та джерел енергії, які підтримували його протягом тисячоліть, залишаються без відповіді.

Нова робота міжнародної команди дослідників, серед яких нинішні та колишні вчені Інституту наук Карнегі Олександр Гончаров, Ніколас Хольтгрю, Сергій Лобанов та Ірина Чувашова розглядає, як наявність більш легких елементів у переважно залізному ядрі може вплинути на генезис та стійкість геодинамо. Їхні висновки опублікував журнал «Nature Communications» у статті «Низька теплопровідність залізо-кремнієвих сплавів в умовах ядра Землі з наслідками на геодинамо».

Наша планета наростала з диска пилу і газу, який оточував наше Сонце в молодості. Врешті-решт найщільніший матеріал занурився всередину планети, що формувалася, створивши існуючі сьогодні шари – ядро, мантію та кору. Хоча в ядрі переважає залізо, сейсмічні дані вказують на те, що деякі легші елементи, такі як кисень, кремній, сірка, вуглець та водень, були розчинені в ньому під час процесу диференціації.

Новини за подібною темою:

		NASA показала вигляд нашої планети з космічного корабля «Оріон»
		Астрономи виявили турбулентний динамо-ефект у магнітосфері Землі
		Юпітер допоміг Землі сформуватися у вигідному місці, говорить дослідження

З часом внутрішнє ядро кристалізувалося і з тих пір постійно охолоджується. Чи може само по собі тепло, що йде з ядра в мантію, приводити в рух геодинамо? Або ця теплова конвекція потребує додаткового підсилення від плавучості легких елементів, а не лише тепла, що виходять з внутрішнього ядра при конденсації?

Розуміння специфіки хімічного складу ядра може допомогти відповісти на це питання.

У мантії переважають силікати, а після кисню та заліза кремній є третім найпоширенішим елементом на Землі, тому це ймовірний варіант для одного з основних легших елементів, які можуть би бути сплавленими із залізом у ядрі. На чолі з Вень-Пін Хсе з Академії Сініки та Національного університету Тайваню дослідники використовували лабораторну мімікрію глибинних умов Землі, щоб імітувати, як наявність кремнію вплине на передачу тепла з залізного ядра планети до мантії.

«Чим менш теплопровідний матеріал ядра, тим нижчий поріг, необхідний для генерації геодинамо», - пояснює Гончаров. «При достатньо низькому порозі тепловий потік з ядра може повністю виводитися за допомогою теплової конвекції, при цьому немає необхідності в додатковому переміщенні матеріалу, щоб змусити це працювати».

Команда виявила, що за концентрації кремнію близько 8 вагових відсотків у їх імітованому внутрішньому ядрі, геодинамо могло б функціонувати лише за рахунок теплопередачі протягом усієї історії планети.

Забігаючи наперед, вони хочуть розширити свої зусилля, щоб зрозуміти, як присутність кисню, сірки та вуглецю в ядрі впливатиме на цей процес конвекції.

• Земля
• магнітне поле