Ett Yale-ledt team av forskare kan ha hittat en ny faktor för att förklara ebben och flödet av jordens magnetfält-och det är något som är bekant för alla som har gjort en vinägrett till sin sallad.

Jordens magnetfält, produceras nära planetens centrum, har länge fungerat som en buffert från den skadliga strålningen från solvindar som härrör från solen. Utan det skyddet livet på jorden skulle inte ha haft möjlighet att blomstra. Ändå är vår kunskap om jordens magnetfält och dess utveckling ofullständig.

I en ny studie publicerad 6 maj i Proceedings of the National Academy of Sciences , Yale docent Kanani K.M. Lee och hennes team fann att smälta järnlegeringar som innehåller kisel och syre bildar två distinkta vätskor under förhållanden som liknar dem i jordens kärna. Det är en process som kallas oblandbarhet.

"Vi observerar vätskeoblandbarhet ofta i vardagen, som när olja och vinäger separeras i salladsdressing. Det är förvånande att vätskefasseparation kan inträffa när atomer tvingas mycket nära varandra under det enorma trycket från jordens kärna, " sa Yale doktorand Sarah Arveson, studiens huvudförfattare.

Oblandbarhet i komplexa smälta legeringar är vanligt vid atmosfärstryck och har dokumenterats väl av metallurger och materialforskare. Men studier av oblandbara legeringar vid högre tryck har begränsats till tryck som finns i jordens övre mantel, ligger mellan jordskorpan och dess kärna.

Ännu djupare, 2, 900 kilometer under ytan, är den yttre kärnan - mer än 2, 000 kilometer tjockt lager av smält järn. Det är källan till planetens magnetfält. Även om denna heta vätska rullar kraftigt när den konvektion, gör den yttre kärnan mest välblandad, den har ett distinkt vätskeskikt i toppen. Seismiska vågor som rör sig genom den yttre kärnan färdas långsammare i detta toppskikt än de gör i resten av den yttre kärnan.

Forskare har erbjudit flera teorier för att förklara detta långsamma vätskeskikt, inklusive tanken att oblandbara järnlegeringar bildar lager i kärnan. Men det har inte funnits några experimentella eller teoretiska bevis för att bevisa det förrän nu.

Med hjälp av laseruppvärmd, diamant-städcellsexperiment för att generera höga tryck, kombinerat med datorsimuleringar, det Yale-ledda teamet reproducerade förhållanden som finns i den yttre kärnan. De visade två distinkta, smälta vätskeskikt:ett syrefattigt, järn-kisel-vätska och en järn-kisel-syre-vätska. Eftersom järn-kisel-syreskiktet är mindre tätt, den stiger till toppen, bildar ett syrerikt lager av vätska.

"Vår studie presenterar den första observationen av blandbara legeringar av smält metall vid sådana extrema förhållanden, antyder att oblandbarhet i metallsmältor kan vara utbredd vid höga tryck, " sa Lee.

Forskarna sa att resultaten lägger till en ny variabel för att förstå förhållandena på den tidiga jorden, samt hur forskare tolkar förändringar i jordens magnetfält genom historien.

Ytterligare författare till studien är Jie Deng från Yale och Bijaya Karki från Louisiana State University.