Hur formade den kemiska sammansättningen av vår planets kärna dess geologiska historia och beboelighet?

Livet som vi känner det skulle inte kunna existera utan jordens magnetfält och dess förmåga att avleda farliga joniserande partiklar från solvinden och mer avlägsna kosmiska strålar. Det genereras kontinuerligt av flytande järns rörelse i jordens yttre kärna, ett fenomen som kallas geodynamo.

Trots dess grundläggande betydelse, många frågor förblir obesvarade om geodynamos ursprung och de energikällor som har upprätthållit den under årtusenden.

Nytt arbete från ett internationellt team av forskare, inklusive nuvarande och tidigare Carnegie -forskare Alexander Goncharov, Nicholas Holtgrewe, Sergey Lobanov, och Irina Chuvashova undersöker hur förekomsten av lättare element i den övervägande järnkärnan kan påverka geodynamos uppkomst och hållbarhet. Deras resultat publiceras av Naturkommunikation .

Vår planet samlades från skivan av damm och gas som omgav vår sol i sin ungdom. Så småningom, det tätaste materialet sjönk inåt på den formande planeten, skapa de lager som finns idag – kärna, mantel, och skorpa. Fastän, kärnan är övervägande järn, seismiska data indikerar att vissa lättare grundämnen som syre, kisel, svavel, kol, och väte, löstes upp i den under differentieringsprocessen.

Över tid, den inre kärnan kristalliserade och har kontinuerligt svalnat sedan dess. På egen hand, kan värme som strömmar ut ur kärnan och in i manteln driva geodynamon? Eller behöver denna termiska konvektion en extra boost från ljuselementens flytförmåga, inte bara värme, flytta ut ur en kondenserande inre kärna?

Att förstå detaljerna i kärnans kemiska sammansättning kan hjälpa till att svara på denna fråga.

Silikater är dominerande i manteln, och efter syre och järn, kisel är det tredje mest förekommande elementet på jorden, så det är ett troligt alternativ för ett av de viktigaste lättare elementen som kan legeras med järn i kärnan. Leds av Wen-Pin Hsieh från Academia Sinica och National Taiwan University, forskarna använde labbaserad efterlikning av djupa jordförhållanden för att simulera hur närvaron av kisel skulle påverka värmeöverföringen från planetens järnkärna ut i manteln.

"Ju mindre värmeledande kärnmaterialet är, ju lägre tröskeln behövs för att generera geodynamo, "Goncharov förklarade." Med en tillräckligt låg tröskel, värmeflödet ut ur kärnan kan drivas helt av den termiska konvektionen, utan behov av ytterligare rörelse av material för att få det att fungera."

Teamet fann att en koncentration på cirka 8 viktprocent kisel i deras simulerade inre kärna, Geodynamo kunde ha fungerat enbart på värmeöverföring under hela planetens historia.

Ser fram emot, de vill utöka sina ansträngningar för att förstå hur närvaron av syre, svavel, och kol i kärnan skulle påverka denna konvektionsprocess.