Тепловая конвекция создала магнитное поле Земли 4 миллиарда лет назад
Москва, 16:30, 04 Ноя 2019, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.
Новые эксперименты с высоким давлением на жидком железе предполагают, что тепловой конвекции без композиционной плавучести достаточно для управления динамо-генератором магнитного поля Земли.
График, показывающий общий ток теплопроводности в земном ядре как функцию предела для чистого железа (черная линия) и композиционных моделей, содержащих Fe-Ni-S (синяя линия) и Fe-Ni-Si (красная линия)
Внутренняя граница активной зоны (ICB) показана вертикальной пунктирной линией, а значения для теплового потока на границе ядро-мантия представлены вдоль правой части диаграммы (радиус 3400 км). Заштрихованная серая область показывает диапазон значений из геофизических оценок (5-15 ТВт), причем самые последние значения представлены серой и заштрихованной областью (10-15 ТВТ). Новые значения 8-9 ТВт поддерживают тепловую конвекцию по композиционной плавучести в качестве основного источника энергии для геодинамо.
Магнитное поле Земли защищает человечество от ионизирующего излучения солнечного ветра, и оно также остается критически важным для современных навигационных систем. Поле создается в динамо ядра, для которого требуется движение жидкого железного сплава и электрическая проводимость.
Однако движущие силы, лежащие в основе геодинамики, обсуждаются, поскольку оценки общего теплового потока через границу ядра и мантии (ICB) варьируются от 5 до 15 ТВт. Самые последние оценки относятся к верхнему пределу этого диапазона (10-15 ТВт), что ставит под сомнение сроки образования ядра и относительную важность термической и химически управляемой конвекции во внешнем ядре.
Экспериментальные исследования свойств жидкого железа при высоких давлениях и температурах остаются чрезвычайно сложными. Профессор Юн и соавторы измерили удельное электрическое сопротивление жидкого и твердого железа вплоть до самых высоких давлений (24 ГПа) для объекта большого объема, и они обнаружили, что удельное сопротивление является постоянным с давлением вдоль границы плавления. Эти результаты были использованы для оценки общего теплового потока в 8-9 ТВт в ICB.
Результаты показывают, что конвекция внешнего ядра может управляться термически еще до образования твердого внутреннего ядра, что согласуется с палеомагнитными данными, которые предполагают, что геомагнитное поле существовало еще 4,2 миллиарда лет назад.
