Bilde: NASA Goddard/Flickr
Jordens magnetfelt gjør mye mer enn å veilede våre kompass og føre til sporadiske bekymre deg. Det er en del av grunnen til at det er liv i det hele tatt på denne planeten—det beskytter oss mot skadelig solstråling som ellers ville blåse vår ozonlaget unna.
Men det er fortsatt mye om det magnetiske feltet forskere ikke forstår. Det viktigste er at de har problemer med å finne ut av hvorfor det er så sterk. Ett team bestemte seg for å ta en nærmere titt på den rollen den enkelte elementer inni planeten som er antatt å påvirke feltet. Slår ut, på den måten nikkel oppfører seg på den minste skalaene kan bidra til å forklare den magnetiske feltets styrke, til det punktet at noen av de eksisterende modellene ville trenge å bli revurdert. Og forstå Jordens magnetfelt har implikasjoner for alt som er avhengig av den, inkludert aktiviteter som krever boring underground.
“Dette er en ny idé settes inn i geofysikk forskning linje som nikkel har vært neglisjert for forklaring av geodynamo, mekanismen for å skape den magnetiske felt,” studie forfatteren Giorgio Sangiovanni fra Institutt for Teoretisk Fysikk og Astrofysikk ved Universitetet i Würzburg i Tyskland fortalte Gizmodo.
På sitt mest grunnleggende nivå, Jorden trolig får sin magnetiske felt fra temperaturgradienter i den ytre kjernen forårsaker metall til convect—dette er mer eller mindre den måten vannet beveger seg rundt i en gryte med kokende vann. Metaller kan lede strøm. Så, flytte metaller kombinert med jordas rotasjon kunne lage rør av elektrisk strøm som peker til polene. Løkker av elektrisk strøm genererer magnetiske felt gjennom dem, så hele Jorden ender opp som ser ut som en magnet hvor polene på linje med toppen og bunnen av rørene.
Problemet, som folk har snakket om for en stund nå, er at det er en annen måte for varme for å overføre mellom elementene rundt kjernen, ledningsforstyrrelser, som ikke krever metaller for å fysisk flytte. I så fall, energi blir bare gått mellom atomer som de treffer på hverandre, som for eksempel hvordan varme reiser ned håndtaket på gryte med vann du er kokende. Men hvis den ytre kjernen mister for mye varme gjennom ledning, da det ikke er nok energi til å drive konveksjon å skape det magnetiske feltet. Forskere tror at det kan være tilfelle, og er på utkikk etter en kilde til ekstra energi som kan generere magnetisk felt de observerer.
Sangiovanni og hans kolleger bestemte seg for å gjøre beregninger om metaller i indre kjerne, for å se om de kunne finne noen av de mangler energi. Men i motsetning til den ytre kjernen, som er det meste strykejern, den indre kjernen er 20 prosent nikkel. Teamet bestemte seg for å undersøke hvordan nikkel og jern er bestemt quantum mekaniske egenskaper i Jordens solid kjerne påvirkning av magnetiske felt.
Disse egenskapene er ikke fundamentale nok til å kreve deg til å bøye seg bakover forestille Schrödinger ‘ s katt. De beskriver strukturen av nikkel og jern-atomene ved høye temperaturer, hvordan elektroner samhandle i samlinger av disse atomene, og hvordan disse elementene’ endre atferd ved høye trykk. Det viser seg at nikkel form i en solid bremser sine elektroner ned. Elektronene også samhandle og scatter av hverandre, hindrer nikkel fra å være en god leder for varme, i henhold til papiret som ble publisert i går i Nature Communications. Strykejern, i mellomtiden, har en høy ledningsevne ved de temperaturer og trykk som finnes i den indre kjernen.
Kort sagt, forskerne tror nikkel kunne redusere den totale ledningsevne av kjernen, noe som får den til å beholde ekstra energi som driver konveksjon. Og denne nye innsikten kan ha en stor nok effekt til at modeller av Jordens magnetfelt trenger noen revurdere.
Men forskerne at funnene ikke kan tas som faktisk ennå—de trenger fortsatt å beregne andre egenskaper knyttet til hvordan nikkel leder varme. “Men det er lovende,” sa Sangiovanni. “Vi får se når vi beregne andre viktige observables”, som termisk og elektrisk ledningsevne.
Sangiovanni sa at andre han snakket til var overrasket—mange folk ser på hvordan lettere elementer som silicon innflytelse på fysikken i Jordens kjerne. “Jeg vil si at folk i lang tid har diskutert mulige tilstedeværelse av nikkel i Jordens kjerne,” Dario Alfè, fysikk professor ved University College, London fortalte Gizmodo, “men ingen har virkelig diskutert det på den måten Giorgio papir poeng ut, effekten av nikkel på ledningsevne av kjernen.”
Alt som blir sagt, bare ta trøst i det faktum at hvis du ikke tror du forstår Jordens magnetiske felt, og forskerne er ikke helt sikker på hvordan det fungerer, heller.
[Nature Communications]