Uten Jordens magnetfelt mister migrerende dyr veien og navigering etter alt fra skip til Boy Scouts blir ubrukelig. Men til tross for dens betydning, forblir prosessen som styrer planetens magnetiske felt et mysterium. Ideene florerer, men ingen av dem kan redegjøre for alderen til jordas magnetfelt. Nå kan en ny studie ha nøkkelen til denne inkonsekvensen: ydmyk magnesium.
Relatert innhold
- Jordens magnetfelt er minst fire milliarder år gammelt
- Jorden kan ha blitt magnetisk etter å ha spist et kvikksølvlignende objekt
Kormingen av jordens smeltede kjerne genererer elektriske strømmer som produserer planetens magnetiske felt i en prosess som kalles en dynamo.
"Hvis du ikke hadde disse kvelende bevegelsene, ville jordens magnetfelt forfalle, og det ville dø om omtrent ti millioner år, " sier Joseph O'Rourke, en postdoktor ved California Institute of Technology i Pasadena.
Men hva som styrker denne bevegelsen er uklart. Langsom størkning av jordas indre kjerne og radioaktivt forfall - to av de ledende hypotesene - produserer ikke nok energi til å drive magnetfeltet så lenge det har eksistert.
Bergensregister indikerer at jordas magnetfelt er minst 3, 4 milliarder år gammelt, og kanskje så gammelt som 4, 2 milliarder år. Avkjøling av den indre kjernen ville bare gi rundt en milliard år verdt energi for magnetfeltet. Og det er rett og slett ikke nok radioaktivt materiale i jordens kjerne til at forfallshypotesen fungerer, sier Francis Nimmo, en planetforsker ved University of California, Santa Cruz.
I en ny studie, publisert i ukens utgave av tidsskriftet Nature, foreslår O'Rourke og David Stevenson, en planetforsker ved Caltech, en ny kjemisk mekanisme for å sette opp flytforskjeller i jordas indre for å drive geodynamoen.
Ved bruk av datamodeller viste paret at i kjølvannet av gigantiske påvirkninger som bombarderte tidlig jord, kunne en liten mengde elementet magnesium ha blitt oppløst i den jernrike kjernen.
"Jorden dannet i en serie virkelig voldelige, gigantiske kollisjoner som kunne ha oppvarmet mantelen til temperaturer så høye som 7000 Kelvin [12.140 grader Fahrenheit], " sier O'Rourke. "Ved de temperaturene vil elementer som vanligvis ikke [blandes med] jern, som magnesium, gå inn i jern."
Men fordi magnesium bare er løselig i jern ved høye temperaturer, når jordens kjerne avkjøles, vil magnesiumet utfelle eller "snø ut" av den ytre kjernen som magnesiumrike legeringer. Disse legeringene blir transportert opp til kjernemantellgrensen.
"Når du trekker magnesiumrik legering ut av kjernen, er det som blir igjen tettere, " sier O'Rourke. Konsentrerende masse som den frigjør gravitasjonsenergi som kan tjene som en alternativ kraftkilde for dynamoen, forklarer han.
I følge O'Rourke og Stevenson kunne deres magnesiumbunnsmekanisme ha drevet geodynamoen i milliarder av år til den indre kjernen begynte å avkjøle og stivne, noe dagens estimater antyder skjedde for omtrent en milliard år siden. På det tidspunktet kunne de to prosessene begynne å arbeide i takt med å styrke jordens magnetiske felt, sier O'Rourke.
"Magnesiumutfelling kan føre til [jern] -konveksjon fra toppen av kjernen, mens frigjøring av lette elementer fra den indre kjernen [fra størkning] kan føre til konveksjon fra bunnen, " sier han.
Planetforsker Nimmo, som ikke var involvert i studien, sier at han liker magnesiumnedbørhypotesen fordi den bare gjør to forutsetninger: At Jorden blir varm under en gigantisk påvirkning, og at under en gigantisk påvirkning blir den metalliske kjernen til påvirkeren utsatt å silikere mantelmateriale.
"Antagelse man er vanskelig å krangle med, selv om nøyaktig hvor varmt det blir, er usikkert, " sier Nimmo. Antagelse to er litt mindre sikre, sier han, men de fleste forskere er enige om at etter hvert som steinete kropper kolliderte med den tidlige jorden, ville noen elementer fra disse påvirkerne, for eksempel magnesium, bli overført til mantelen. "Når du har gjort disse to forutsetningene, følger alt annet naturlig."
Nå, sier Nimmo, alt vi trenger er eksperimenter for å teste O'Rourke og Stevensons ideer. "Studien deres er hovedsakelig basert på beregningsforutsigelser om hvordan magnesium skal skille seg som en funksjon av temperaturen, " sier Nimmo.
Noen forskere jobber allerede med disse eksperimentene, så det kan bare være et spørsmål om tid før forskere nulliserer på hva som får Jordens magnetiske felt til å tikke.
"Prosessen vår kunne ikke bare forklare hvordan dynamoen fungerte i fortiden, " sier O'Rourke, "men [hvordan] den fortsatt kunne fungere i dag."
