Det enorma magnetfältet som omger jorden, att skydda den från strålning och laddade partiklar från rymden – och som många djur till och med använder för orienteringsändamål – förändras ständigt, vilket är anledningen till att geovetare håller den under ständig övervakning. De gamla välkända källorna till jordens magnetfält är jordens kärna - ner till 6, 000 kilometer djupt inuti jorden – och jordskorpan:med andra ord, marken vi står på. Jordens mantel, å andra sidan, sträcker sig från 35 till 2, 900 kilometer under jordens yta, har hittills till stor del betraktats som "magnetiskt död". Ett internationellt team av forskare från Tyskland, Frankrike, Danmark och USA har nu visat att en form av järnoxid, hematit, kan behålla sina magnetiska egenskaper även djupt nere i jordens mantel. Detta sker i relativt kalla tektoniska plattor, kallade plattor, som finns särskilt under västra Stilla havet.

"Denna nya kunskap om jordens mantel och den starkt magnetiska regionen i västra Stilla havet kan kasta nytt ljus på alla observationer av jordens magnetfält, " säger mineralfysikern och första författaren Dr. Ilya Kupenko från universitetet i Münster (Tyskland). De nya rönen kan, till exempel, vara relevant för eventuella framtida observationer av magnetiska anomalier på jorden och på andra planeter som Mars. Detta beror på att Mars inte längre har en dynamo och därmed ingen källa som gör att ett starkt magnetfält som härrör från kärnan kan byggas upp som det på jorden. Det kan, därför, nu är det värt att ta en mer detaljerad titt på dess mantel. Studien har publicerats i Natur .

Bakgrund och använda metoder

Djupt inne i jordens metalliska kärna, det är flytande järnlegering som utlöser elektriska flöden. I den yttersta jordskorpan, stenar orsakar magnetisk signal. I de djupare delarna av jordens inre, dock, man trodde att stenarna förlorar sina magnetiska egenskaper på grund av de mycket höga temperaturerna och trycken.

Forskarna tittade nu närmare på de viktigaste potentiella källorna för magnetism i jordens mantel:järnoxider, som har en hög kritisk temperatur — dvs. temperaturen över vilken materialet inte längre är magnetiskt. I jordens mantel, järnoxider förekommer i plattor som begravs från jordskorpan längre in i manteln, som ett resultat av tektoniska förändringar, en process som kallas subduktion. De kan nå ett djup i jordens inre på mellan 410 och 660 kilometer – den så kallade övergångszonen mellan jordens övre och nedre mantel. Tidigare, dock, ingen hade lyckats mäta järnoxidernas magnetiska egenskaper vid de extrema tryck- och temperaturförhållanden som finns i denna region.

Nu kombinerade forskarna två metoder. Med hjälp av en så kallad diamantstädcell, de klämde prover i mikrometrisk storlek av järnoxidhematit mellan två diamanter, och värmde dem med lasrar för att nå tryck på upp till 90 gigapascal och temperaturer på över 1, 000 °C (1, 300 K). Forskarna kombinerade denna metod med så kallad Mössbauer-spektroskopi för att undersöka provernas magnetiska tillstånd med hjälp av synkrotronstrålning. Denna del av studien utfördes vid ESRF synkrotronanläggning i Grenoble, Frankrike, och detta gjorde det möjligt att observera förändringarna av den magnetiska ordningen i järnoxid.

Det överraskande resultatet var att hematiten förblev magnetisk upp till en temperatur på runt 925 °C (1, 200 K) – den temperatur som råder i de subducerade plattorna under den västra delen av Stilla havet vid jordens övergångszons djup. "Som ett resultat, vi kan visa att jordens mantel inte är så magnetiskt "död" som hittills har antagits, " säger prof. Carmen Sanchez-Valle från Institute of Mineralogy vid Münster University. "Dessa fynd kan motivera andra slutsatser som rör hela jordens magnetfält, " tillägger hon.

Relevans för undersökningar av jordens magnetfält och polernas rörelse

Genom att använda satelliter och studera stenar, forskare observerar jordens magnetfält, samt de lokala och regionala förändringarna i magnetisk styrka. Bakgrund:Jordens geomagnetiska poler – inte att förväxla med de geografiska polerna – rör sig hela tiden. Som ett resultat av denna rörelse har de faktiskt bytt position med varandra var 200:e, 000 till 300, 000 år i jordens senaste historia. Den senaste polvändningen hände 780, 000 år sedan, och senaste decennierna rapporterar forskare acceleration i rörelsen av jordens magnetiska poler. Vändning av magnetiska poler skulle ha en djupgående effekt på den moderna mänskliga civilisationen. Faktorer som styr rörelser och vändning av magnetpolerna, samt anvisningar de följer under vältning är inte förstått ännu.

En av polernas rutter som observerades under vändningarna går över västra Stilla havet, som mycket märkbart motsvarar de föreslagna elektromagnetiska källorna i jordens mantel. Forskarna överväger därför möjligheten att magnetfälten som observerats i Stilla havet med hjälp av stenrekord inte representerar migrationsvägen för polerna uppmätt på jordens yta, men härstammar från den hittills okända elektromagnetiska källan av hematithaltiga stenar i jordens mantel under västra Stilla havet.

"Det vi nu vet - att det finns magnetiskt ordnade material där nere i jordens mantel - bör beaktas i varje framtida analys av jordens magnetfält och av polernas rörelse, " säger medförfattaren prof. Leonid Dubrovinsky vid Bayreuths universitet för forskningsinstitut för experimentell geokemi och geofysik.