https://frosthead.com

Bescheiden Magnesium zou het magnetisch veld van de aarde kunnen voeden

Zonder het magnetische veld van de aarde verliezen migrerende dieren de weg en wordt navigatie voor alles van schepen tot padvinders nutteloos gemaakt. Maar ondanks het belang ervan, blijft het proces dat het magnetische veld van de planeet aandrijft een mysterie. Ideeën zijn er in overvloed, maar geen van hen kan de leeftijd van het magnetische veld van de aarde verklaren. Nu kan een nieuwe studie de sleutel tot deze inconsistentie hebben: bescheiden magnesium.

gerelateerde inhoud

  • Het magnetisch veld van de aarde is minstens vier miljard jaar oud
  • De aarde kan magnetisch zijn geworden na het eten van een kwikachtig object

Het karnen van de gesmolten kern van de aarde genereert elektrische stromen die het magnetische veld van de planeet produceren in een proces dat dynamo wordt genoemd.

"Als je deze kolkende bewegingen niet zou hebben, zou het magnetische veld van de aarde vervallen en het zou over ongeveer tien miljoen jaar sterven", zegt Joseph O'Rourke, een postdoctoraal onderzoeker aan het California Institute of Technology in Pasadena.

Maar wat deze beweging mogelijk maakt, is onduidelijk. Langzame stolling van de binnenste kern van de aarde en radioactief verval - twee van de leidende hypothesen - produceren niet genoeg energie om het magnetische veld te voeden zolang het er al is.

Rotsrecords geven aan dat het magnetische veld van de aarde minstens 3, 4 miljard jaar oud is en misschien wel 4, 2 miljard jaar oud. Koeling van de binnenste kern zou slechts ongeveer een miljard jaar aan energie voor het magnetische veld opleveren. En er is gewoon niet genoeg radioactief materiaal in de kern van de aarde om de vervalhypothese te laten werken, zegt Francis Nimmo, een planetaire wetenschapper aan de Universiteit van Californië, Santa Cruz.

In een nieuwe studie, gepubliceerd in het tijdschrift Nature van deze week, stellen O'Rourke en David Stevenson, een planetaire wetenschapper bij Caltech, een nieuw chemisch mechanisme voor om verschillen in drijfvermogen in het binnenste van de aarde op te zetten om de geodynamo aan te drijven.

Met behulp van computermodellen toonde het paar aan dat in de nasleep van gigantische botsingen die de vroege Aarde bombardeerden, een kleine hoeveelheid magnesium kon zijn opgelost in de ijzerrijke kern.

"De aarde is gevormd in een serie echt gewelddadige, gigantische botsingen die de mantel tot temperaturen van wel 7.000 Kelvin [12, 140 graden Fahrenheit] hadden kunnen verwarmen, " zegt O'Rourke. "Bij die temperaturen zullen elementen die normaal gesproken niet mengen met ijzer, zoals magnesium, in ijzer gaan."

Maar omdat magnesium alleen bij hoge temperaturen in ijzer oplosbaar is, terwijl de kern van de aarde afkoelt, zal het magnesium als magnesiumrijke legeringen neerslaan of "uit de buitenste kern" vallen. Die legeringen worden getransporteerd naar de grens van de kernmantel.

"Wanneer je een magnesiumrijke legering uit de kern haalt, is wat achterblijft dichter", zegt O'Rourke. Zulke concentrerende massa maakt gravitatie-energie vrij die kan dienen als een alternatieve krachtbron voor de dynamo, legt hij uit.

Volgens O'Rourke en Stevenson zou hun magnesiumprecipitatiemechanisme de geodynamo miljarden jaren hebben kunnen aandrijven totdat de binnenste kern begon af te koelen en te stollen, wat volgens de huidige schattingen ongeveer een miljard jaar geleden gebeurde. Op dat moment hadden de twee processen samen kunnen werken om het magnetische veld van de aarde te voeden, zegt O'Rourke.

"Magnesiumprecipitatie zou [ijzer] convectie van de bovenkant van de kern kunnen drijven, terwijl het vrijkomen van lichte elementen uit de binnenste kern [van stolling] convectie van de bodem zou kunnen veroorzaken, " zegt hij.

Planetaire wetenschapper Nimmo, die niet bij het onderzoek betrokken was, zegt dat hij de magnesium-neerslaghypothese leuk vindt omdat deze slechts twee veronderstellingen doet: dat de aarde heet wordt tijdens een gigantische impact, en dat tijdens een gigantische impact de metalen kern van het botslichaam wordt blootgesteld tot mantelmateriaal van silicaat.

"We gaan er moeilijk van uit dat men ervan uitgaat dat het precies onduidelijk is hoe heet het wordt", zegt Nimmo. Veronderstelling twee is een beetje minder veilig, zegt hij, maar de meeste wetenschappers zijn het erover eens dat, terwijl rotsachtige lichamen botsten met de vroege aarde, sommige elementen van die impactors, zoals magnesium, zouden worden overgebracht naar de mantel. "Als je eenmaal deze twee veronderstellingen maakt, volgt al het andere vanzelf."

Nu, zegt Nimmo, hebben we alleen experimenten nodig om de ideeën van O'Rourke en Stevenson te testen. "Hun studie is voornamelijk gebaseerd op computationele voorspellingen van hoe magnesium zich zou moeten verdelen als functie van de temperatuur", zegt Nimmo.

Sommige onderzoekers werken al aan die experimenten, dus het kan slechts een kwestie van tijd zijn voordat wetenschappers zich richten op wat het magnetische veld van de aarde tikt.

"Ons proces zou niet alleen kunnen verklaren hoe de dynamo in het verleden werkte", zegt O'Rourke, "maar [hoe] het vandaag nog steeds kan werken."

Bescheiden Magnesium zou het magnetisch veld van de aarde kunnen voeden