В исследовании, опубликованном 15 марта в журнале Earth and Planetary Science Letters, исследователи океанографии Скриппса Дэйв Стегман, Лия Зиглер и Николас Блан предоставляют новые оценки термодинамики генерации магнитного поля в жидкой части мантии ранней Земли и показывают, как долго это поле было доступно.
Документ предоставляет "возможность открыть дверь" для устранения несоответствий в рассказах о первых днях существования планеты.
Примечательно, что он совпадает с двумя новыми исследованиями геофизиков Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Университета штата Аризона, которые расширяют концепцию Стегмана и применяют ее по-новому.
«В настоящее время у нас нет великой объединяющей теории того, как Земля эволюционировала термически», – сказал Стегман. "У нас нет этой концептуальной основы для понимания эволюции планеты. Это одна жизнеспособная гипотеза."
Три исследования – это последние достижения в смене парадигмы, которые могут изменить понимание истории Земли.
Основополагающим принципом геофизики было то, что жидкое внешнее ядро Земли всегда было источником динамо-машины, генерирующей ее магнитное поле. Магнитные поля образуются на Земле и других планетах, которые имеют жидкие металлические ядра, быстро вращаются и находятся в условиях, которые делают возможной конвекцию тепла.
В 2007 году исследователи из Франции предложили радикальный отход от давнего предположения, что мантия Земли оставалась полностью твердой с самого начала существования планеты. Они утверждали, что в течение первой половины четырехлетнего периода жизни планеты.История 5 миллиардов лет, нижняя треть мантии Земли должна была быть расплавленной, что они называют "океаном базальной магмы".Шесть лет спустя Стегман и Циглер расширили эту идею, опубликовав первую работу, показывающую, как некогда жидкая часть нижней мантии, а не ядро, могла превысить пороговые значения, необходимые для создания магнитного поля Земли в течение этого времени.
Мантия Земли сделана из силикатного материала, который обычно очень плохой проводник. Следовательно, даже если бы самая нижняя мантия была жидкой в течение миллиардов лет, быстрые движения жидкости внутри нее не производили бы больших электрических токов, необходимых для генерации магнитного поля, подобно тому, как динамо Земли в настоящее время работает в ядре.
Команда Стегмана утверждала, что жидкий силикат на самом деле может быть более электропроводным, чем обычно считалось.
«Зиглер и Стегман впервые предложили идею силикатного динамо-машины для ранней Земли», – сказал геофизик Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Ларс Стиксруд. Идея была встречена скептически, потому что их первые результаты «показали, что силикатное динамо возможно только в том случае, если электропроводность силикатной жидкости была чрезвычайно высокой, намного выше, чем было измерено в силикатных жидкостях при низком давлении и температуре."
Команда под руководством Стиксруда впервые использовала квантово-механические вычисления для предсказания проводимости силикатной жидкости в условиях базального магматического океана.
Согласно Stixrude, «мы обнаружили очень большие значения электропроводности, достаточно большие, чтобы выдержать силикатное динамо-машину."Исследование UCLA появилось в феврале. 25 выпуск Nature Communications.
В другой статье геофизик из штата Аризона Джозеф О’Рурк применил концепцию Стегмана, чтобы выяснить, возможно ли, что Венера могла в какой-то момент создать магнитное поле в расплавленной мантии.
Эти новые исследования свидетельствуют о том, что эта предпосылка начинает укрепляться, но еще далека от широкого признания.
«Никто не поверит в это, пока они не сделают это сами, а теперь двое других уважаемых ученых сделали это сами», – сказал Стегман.
«Новаторские исследования Дэйва Стегмана и его сотрудников напрямую вдохновили меня на работу над Венерой», – сказал О’Рурк. "Их недавняя статья помогает ответить на вопрос, который мучил ученых в течение многих лет: как магнитное поле Земли сохранялось в течение миллиардов лет??"
Если предположение Стегмана верно, это будет означать, что мантия могла обеспечить первый магнитный щит молодой планеты от космического излучения.
Это также может послужить основой для изучения того, как тектоника развивалась на планете позже в истории.
«Если бы магнитное поле было создано в расплавленной нижней мантии над ядром, то Земля имела защиту с самого начала, и это могло бы сделать жизнь на Земле возможной раньше», – сказал Стегман.
«В конечном счете, наши статьи дополняют друг друга, потому что они демонстрируют, что океаны базальной магмы важны для эволюции планет земной группы», – сказал О’Рурк. "Базальный магматический океан Земли затвердел, но это ключ к долговечности нашего магнитного поля."
Исследование океанографии Скриппса финансировалось Национальным научным фондом США.S. Министерство энергетики и стипендия SEED Калифорнийского университета в Сан-Диего.