地球的早期磁场或诞生于地幔

科技工作者之家 2020-03-17

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美国加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所(SIO@UCSD)的地球物理学家首次提出了“早期地球”的“非正统”观点。《地球和行星科学通讯》杂志报道,SIO研究人员Dave Stegman, Leah Ziegler和Nicolas Blanc等为这一观点提供了证据。新成果为解决地球早期历史研究的争论打开了新视野。Stegman说:“目前,研究人员还没有一个统一的理论来揭示地球的热力学演化过程。我们提出了一种可能的假设。”

地球物理学的基本原理认为,地球的液体外核一直是产生地球磁场的来源。2007年,法国研究人员提出了一个与长期假设截然不同的观点:自地球诞生以来,地幔一直是固态的。他们认为,在地球45亿年历史的前半段时间内,地幔底层的三分之一是熔融态的“基底层岩浆海(BMO)”。六年后,Stegman和Ziegler进一步扩展了这一观点,他们在著作中展示了在这段时间内,曾经是液态的下地幔部分是如何超过产生地球磁场所需的阈值的。

地幔主要是由硅酸盐构成的。通常情况下,这种化合物的导电性很差。因此,部分研究人员认为,即使底层地幔在几十亿年里都维持了液态,它内部的快速流体运动也难以形成产生磁场所需的巨大电流。然而,Stegman团队认为,液态硅酸盐的导电性可能比普遍认知更好。加州大学洛杉矶分校(UCLA)地球物理学家Lars Stixrude说:“Stegman和Ziegler率先提出了早期地球磁场与地幔有关的观点。然而,只有当液态硅酸盐的导电性非常好的时候,‘硅酸盐发电机’的设想才有可能成立。因此,他们的观点受到了质疑。”

为此,Stixrude领导的团队首次利用量子力学计算方法预测了液态硅酸盐在BMO条件下的电导率。他说:“我们发现,在这种情况下,液态硅酸盐的电导率非常高,足以维持‘硅酸盐发电机’的运行。”此前,Stixrude的发现已在《自然通讯》杂志发布。而在另一篇论文中,亚利桑那州立大学地球物理学家Joseph O’rourke将Stegman等提出的观点应用于金星的磁场研究。O’rourke说:“Stegman等的开创性研究对我的金星磁场研究工作产生了直接启发。他们最近的报道有助于解答‘地球磁场何以存在了数十亿年’这个问题。”

如果Stegman等提出的假设是正确的,那就意味着地幔可能为地球提供了第一个抵御宇宙辐射的磁性屏障。此外,这个假设还能作为研究地球构造演化的基础。

Stegman说:“如果磁场确实是在地幔中产生的,那么地球的磁场保护罩形成的时间就更早,地球生命出现的时间也会更早。”

O’rourke补充说:“我们的研究是互补的。它们证实了BMO对类地行星进化的重要性。虽然地球的BMO已经凝固,但它依然可能是影响地球磁场寿命的关键因素。”

科界原创 

编译:雷鑫宇 

审稿:阿淼  

责编:唐林芳 

期刊来源:《地球与行星科学通讯》

期刊编号:0012-821X 

原文链接:

https://scripps.ucsd.edu/news/earths-mantle-not-its-core-may-have-generated-planets-early-magnetic-field

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