地球早期的磁場可能來自地函而不是地核

作者 | 發布日期 2020 年 03 月 21 日 0:00 | 分類 自然科學 follow us in feedly


科學家提出基本理論假設的改變,認為下部地函的一部分曾經是液態(液態部分不是在地核處),可能已經超過了早期歷史中產生地球磁場所需的閾值,這可能會改變人們對地球歷史的理解方式。

發表在地球與行星科學通訊(the journal Earth and Planetary Science Letters)期刊上的一項研究指出,Scripps Oceanography 研究人員 Dave Stegman、Leah Ziegler 和 Nicolas Blanc 為早期地球地函為液態部分產生磁場的熱力學提供了新的估計,並顯示了磁場存在的時間。

這篇論文提供新的契機來解决敘述早期地球歷史的衝突。值得注意的是,這與加州大學洛杉磯分校和亞利桑那州立大學地球物理學家的兩項新研究不謀而合,這兩項研究擴展了前人的概念,並以新的方式加以應用。這 3 項研究是模式轉變(paradigm shift)的最新進展,它可能會改變人們對地球歷史的理解。

地球物理學的一個基本原則是,地球的液態外核一直是產生磁場發電機的來源。在地球或其他行星上形成磁場的條件包括,這些行星內部有液體的金屬核,並快速旋轉,進而透過熱對流來產生磁場。

2007 年,法國的研究人員提出一個與地球誕生以來地函一直保持完全固態的長期假設完全不同的觀點。他們認為,在地球 45 億年歷史的早期,地函底部三分之一的部分是熔融狀態,他們稱之為基部岩漿海洋(the basal magma ocean)。

6 年後,Stegman 和 Ziegler 擴展了這個想法,展示了這個曾經是液態的下部地函部分(液態部分不是在地核處),是如何在這段時間內超過產生地球磁場所需的閾值。

一般認為地函是由矽酸鹽類物質所組成,具有非常差的導電率。然而 Stegman 的團隊斷言,液態矽酸鹽實際上可能比通常認為的更具導電性。

由加州大學洛杉磯分校 Stixrude 領導的團隊,首次使用量子力學的計算來預測矽酸鹽液體在基部岩漿海洋條件下的導電率。發現導電率值非常大,足以支撐矽酸鹽發電機。此研究發表在 2 月的自然通訊(Nature Communications)期刊。

在另一篇論文中,亞利桑那州立大學地球物理學家 Joseph O’Rourke 應用了 Stegman 的概念來考慮金星是否有可能在熔融地函中產生磁場。

如果 Stegman 的假設是正確的,意味著地函可以為這顆年輕行星提供抵禦宇宙輻射的第一個磁場屏蔽,也可做為研究地球構造是如何演化的基礎。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:NASA

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