Billede: NASA Goddard/Flickr
Jordens magnetfelt gør meget mere end vores guide kompasser og forårsage lejlighedsvise bekymre dig. Det er en del af årsagen til, at der er liv på denne planet—det beskytter os mod solens skadelige stråling, som ellers ville sprænge vores ozonlag væk.
Men der er stadig en masse om det magnetiske felt forskere ikke forstår. Vigtigst af alt, de er at have svært ved at finde ud af, hvorfor det er så stærk. Et team har besluttet at tage et nærmere kig på den rolle, de enkelte elementer inde i planeten, der menes at påvirke feltet. Viser sig, at den måde, nikkel opfører sig på de mindste skalaer kan hjælpe med at forklare den magnetiske feltstyrke, til det punkt, at nogle af de eksisterende modeller vil skulle revurderes. Og forstå Jordens magnetfelt har konsekvenser for alt, hvad der er afhængig af det, herunder aktiviteter, der kræver boring i undergrunden.
“Dette er en ny idé er sat i geofysik forskning linje, at nikkel er blevet forsømt til forklaring af geodynamo, den mekanisme, der skaber det magnetiske felt,” undersøgelsen forfatter Giorgio Sangiovanni fra Institut for Teoretisk Fysik og Astrofysik ved Universitetet i Würzburg i Tyskland fortalte Gizmodo.
På sit mest grundlæggende niveau, Jorden sandsynligvis får sin magnetiske felt fra temperaturgradienter i den ydre kerne, der forårsager metal til convect—det er mere eller mindre den vej vandet bevæger sig rundt i en gryde med kogende vand. Metaller kan lede elektricitet. Så flytter metaller kombineret med Jordens rotation kan skabe rør af elektrisk strøm, der peger på polerne. Løkker af en elektrisk strøm, der genererer magnetfelter gennem dem, så hele Jorden ender med at ligne en magnet, hvor polakkerne flugte med toppen og bunden af reagensglassene.
Det problem, som folk har snakket om i et stykke tid nu, er, at der er en anden måde for varme til at overføre mellem elementer omkring kernen, varmeledning, som ikke kræver metaller til fysisk at flytte. I dette tilfælde, den energi, der bare bliver overført mellem de atomer, som de støder ind i hinanden, ligesom hvordan varmen bevæger sig ned i håndtaget på gryde med vand du koger. Men hvis den ydre kerne taber for meget varme ved ledning, så er der ikke nok energi til at drive konvektion skaber det magnetiske felt. Forskerne tror, at der kan være tilfælde, og er på udkig efter en kilde til ekstra energi, der kunne generere den magnetiske felt, de observerer.
Sangiovanni og hans kolleger besluttede at lave beregninger om metaller i den indre kerne, til at se om de kunne finde nogle af de manglende energi. Men i modsætning til den ydre kerne, der er for det meste strygejern, den indre kerne er 20 procent nikkel. Holdet besluttede at undersøge, hvordan nikkel og jern særlige kvantemekaniske egenskaber i Jordens fast kerne konsekvenser det magnetiske felt.
Disse egenskaber ikke er grundlæggende nok til at kræve dig til at bøje bagover forestille sig, Schrödingers kat. De beskriver strukturen af nikkel og jern-atomer ved høje temperaturer, hvordan elektroner interagere i samlinger af disse atomer, og hvorledes disse elementer’ adfærd ændres ved høje tryk. Det viser sig, at nikkel form i en solid forsinker dens elektroner ned. Det betyder, at elektronerne også interagere og scatter ud af hinanden, forebyggelse af nikkel fra at være en god leder af varme, i henhold til det papir, der blev offentliggjort i går i Nature Communications. Strygejern, i mellemtiden, har en høj ledningsevne ved de temperaturer og tryk, der findes i den indre kerne.
Kort sagt, forskerne mener, nikkel kunne reducere den samlede ledningsevne af kernen, får det til at fastholde ekstra energi, der driver konvektion. Og denne nye indsigt kan have en stor nok effekt, at modeller af Jordens magnetfelt har brug for nogle til at genoverveje.
Men forskernes resultater ikke kan tages som faktisk endnu—er de stadig nødt til at beregne andre egenskaber, der vedrører, hvordan nikkel leder varme. “Men det er lovende,” sagde Sangiovanni. “Vi vil se efter beregner vi andre vigtige observerbare,” som termisk og elektrisk ledningsevne.
Sangiovanni sagde, at andre, han talte med, var overrasket over, at mange folk, der kigger på, hvordan lettere grundstoffer som silicium påvirke den fysik af Jordens kerne. “Jeg vil sige, at mennesker, der i lang tid har diskuteret den mulige tilstedeværelse af nikkel i Jordens kerne,” Dario Alfè, fysik lektor ved University College, London fortalte Gizmodo, “men ingen har virkelig drøftet det på den måde, Giorgio’ s papiret påpeger, at effekten af nikkel på ledningsevne af kernen.”
Alle, der bliver sagt, bare finde trøst i det faktum, at hvis du ikke tror, du forstår, at Jordens magnetiske felt, forskere er ikke helt sikker på hvordan det virker, enten.
[Nature Communications]