Ilman maapallon magneettikenttää vaeltavat eläimet menettävät tiensä ja navigointi kaikkeen laivoista poikapartioihin tehdään hyödytöntä. Mutta tärkeydestään huolimatta prosessi, joka valtaa planeetan magneettikentän, on edelleen mysteeri. Ideoita on runsaasti, mutta yksikään niistä ei voi vastata maan magneettikentän ikää. Nyt uudella tutkimuksella voi olla avain tähän epäjohdonmukaisuuteen: nöyrä magnesium.
Asiaan liittyvä sisältö
- Maan magneettikenttä on vähintään neljä miljardia vuotta vanha
- Maapallosta saattaa olla tullut magneettinen elohopeamaisen esineen syömisen jälkeen
Maapallon sulan ytimen murtautuminen tuottaa sähkövirtoja, jotka tuottavat planeetan magneettikentän prosessissa, jota kutsutaan dynaamiseksi.
"Jos sinulla ei olisi näitä muhkeamisliikkeitä, maapallon magneettikenttä rapistuu ja se kuolee noin kymmenen miljoonan vuoden kuluttua", sanoo Joseph O'Rourke, tutkijatohtori Pasadenan Kalifornian teknillisessä instituutissa.
Mutta mikä liikkeellä on tällä ehdotuksella, on epäselvää. Maan sisäisen ytimen hidas jähmettyminen ja radioaktiivinen hajoaminen - kaksi johtavaa hypoteesia - eivät tuota tarpeeksi energiaa magneettikentän virittämiseksi niin kauan kuin se on ollut olemassa.
Kiviaineistojen mukaan maapallon magneettikenttä on vähintään 3, 4 miljardia vuotta vanha ja ehkä jopa 4, 2 miljardia vuotta vanha. Sisäisen ytimen jäähdyttäminen tuottaisi vain noin miljardin vuoden arvon energiaa magneettikentälle. Ja maan ytimessä ei vain ole tarpeeksi radioaktiivista ainetta rappeutumishypoteesin toimimiseksi, sanoo Kalifornian yliopiston Santa Cruzin yliopiston planeettatutkija Francis Nimmo.
Uudessa tutkimuksessa, joka julkaistiin Nature- lehden tämän viikon numerossa, O'Rourke ja Caltechin planeettatutkija David Stevenson ehdottavat uutta kemiallista mekanismia maan sisäosan kelluvuuserojen määrittämiseksi geodynamon ohjaamiseksi.
Tietokonemallien avulla pari osoitti, että varhaista maata pommittaneiden jättiläismäisten iskujen seurauksena pieni osa magnesiumelementistä olisi voinut olla liuennut rautapitoiseen ytimeen.
"Maa muodostui sarjassa todella väkivaltaisia, jättiläismäisiä törmäyksiä, jotka olisivat voineet kuumentaa vaipan jopa 7 000 kelvinin lämpötilaan (12 140 astetta Fahrenheit)", O'Rourke sanoo. "Noissa lämpötiloissa elementit, jotka eivät normaalisti [sekoitu] rautaan, kuten magnesium, menevät rauhaan."
Mutta koska magnesium liukenee vain rauhaan korkeissa lämpötiloissa, kun maapallon ydin jäähtyy, magnesium saostuu tai "lumenee ulos" ulommasta ytimestä magnesiumpitoisina seoksina. Ne seokset kuljetetaan ydinvaipan rajan ylitse.
"Kun vedät magnesiumrikas seoksen pois ytimestä, mitä jäljelle jää, on tiheämpää", O'Rourke sanoo. Tällainen keskittyvä massa vapauttaa painovoimaenergiaa, joka voisi toimia vaihtoehtona virtalähteenä dynolle, hän selittää.
O'Rourken ja Stevensonin mukaan heidän magnesiumsaostumien mekanismi olisi voinut käyttää geodynamoa miljardien vuosien ajan, kunnes sisäydin alkoi jäähtyä ja jähmettyä, mikä nykyisten arvioiden mukaan tapahtui noin miljardi vuotta sitten. Siinä vaiheessa nämä kaksi prosessia olisivat voineet alkaa toimia yhdessä maan magneettikentän voiman kanssa, O'Rourke sanoo.
"Magnesiumsaostuma voisi ajaa [raudan] konvektiota ytimen yläpuolelta, kun taas kevyiden elementtien vapautuminen sisäisestä ytimestä [kiinteytymisestä] voisi johtaa konvektioon alhaalta", hän sanoo.
Planeetatutkija Nimmo, joka ei ollut mukana tutkimuksessa, sanoo pitävänsä magnesiumsaostushypoteesistä, koska se tekee vain kaksi olettamusta: Maapallon kuumenevan jättiläismäisen iskun aikana ja että jättiläismäisen iskun aikana iskulaitteen metallinen ydin paljastuu. silikaattivaipan materiaaliin.
"Oletusta on vaikea väittää, tosin kuinka kuuma se kuumenee, on epävarma", Nimmo sanoo. Toinen oletus on hiukan vähemmän turvallinen, hän sanoo, mutta useimmat tutkijat ovat yhtä mieltä siitä, että kun kiviset elimet törmäsivät varhaiseen Maahan, jotkut näiden iskuelementtien elementit, kuten magnesium, siirtyisivät vaippaan. "Kun olet tehnyt nämä kaksi olettamusta, kaikki muu seuraa luonnollisesti."
Nimmo sanoo, että tarvitsemme nyt vain kokeita O'Rourken ja Stevensonin ideoiden testaamiseksi. "Heidän tutkimuksensa perustuu pääasiassa laskennallisiin ennusteisiin siitä, kuinka magnesiumin tulisi jakautua lämpötilan funktiona", Nimmo sanoo.
Jotkut tutkijat työskentelevät jo näiden kokeiden parissa, joten voi olla vain ajan kysymys, ennen kuin tutkijat nollautuvat siihen, mikä saa Maan magneettikentän rastiin.
"Prosessiamme ei selittänyt pelkästään sitä, miten dynoa toimi aiemmin", O'Rourke sanoo, "mutta [kuinka] se voisi toimia edelleenkin."
