@ 2017.02.24 , 14:18

石英对地磁场年龄悖论的解答

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众所周知,你们人类被一个强烈的地磁场所保护着不收各种太空辐射的侵害。正因为这个地磁场的偏转作用,各种有害的辐射,离子都被阻挡在外,无法到达地面。而这个地磁场被认为是由于地核周围的液态岩浆受热而流动所产生的。

但是关于地磁场的一个悖论科学家们一直未能解释。那就是,液态岩浆形成和流动都建立在炽热地核的基础上,而研究表明地核的年龄仅仅只有十亿年,但是维系地球生命的保护伞,地磁场,却至少已经存在了四十亿年之久。这个悖论产生的核心在于我们地核的热量是怎样驱动液态地幔形成周期性流动的。东京理工大学 Kei Hirose 的研究表明,在我们脚下形成的微小的石英(二氧化硅)结晶也许是这个问题的突破口。根据这些结晶我们可以改变我们对流动地幔浮力的计算模型,从而解决这个悖论。

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在2012年的一次计算机模拟中,地核的热导率被计算出大约为150w/m/k。这个热导率被认为太高而无法在地幔中形成稳定的对流。所以要解决这个悖论只有这几种可能:地磁场的年龄其实没有计算出的那么老,我们的地核开始产生热量的时间比预期的早,或者说有别的什么东西帮助了地幔在四十亿年前获得了稳定的对流。

尽管地核绝大部分是由铁构成的,但是也有一小部分其他元素:5%的镍,2%的硅和5%的氧。为了搞清楚在如此炎热高压的环境下,这些元素是否,或者能以什么样的方式组合到一起并不明朗,Hirose和他的团队使用钻石将这些元素进行挤压,并且用激光将它们加热到了4000摄氏度的高温。在极端的条件下,这些元素融化,硅和氧结合在了一起,形成了石英结晶。理论上来说,在早期地核中形成的石英结晶会改变地核的构造,让缓慢流动的地幔得到更多的浮力,让它们能够更快的上升从而形成稳定对流。

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样本被加热到了4000摄氏度的高温

但是石英晶体并不是唯一的理论,也有学者认为是氧化镁结晶成功的加速了地幔的对流。不管怎么说,对在高温高压下元素的特殊反应确实加深了人类对地球的结构的理解。这篇论文已经发布在了自然杂志上。

本文译自 ScienceAlert,由译者 ST岸天 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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