Bez magnetskog polja Zemlje, životinje koje migriraju gube svoj put i navigacija za sve, od brodova do dječaka izviđača, postaje beskorisna. No, unatoč važnosti, proces koji pokreće magnetsko polje planeta ostaje misterija. Ideja ima na pretek, ali nijedna od njih ne može objasniti starost magnetskog polja Zemlje. Sada bi novo istraživanje moglo imati ključ ove nedosljednosti: skromni magnezij.
Povezani sadržaj
- Zemljino magnetsko polje staro je najmanje četiri milijarde godina
- Zemlja može postati magnetska nakon što pojede objekt sličan živoj
Stresanje zemljine otopljene jezgre stvara električne struje koje proizvode magnetsko polje planeta u procesu zvanom dinamo.
"Da niste imali ovih pokreta pokreta, magnetsko polje Zemlje bi propadlo i umrlo bi za oko deset milijuna godina", kaže Joseph O'Rourke, postdoktorski istraživač na kalifornijskom tehnološkom institutu u Pasadeni.
No, što pokreće ovaj prijedlog nije jasno. Polako očvršćavanje Zemljine unutrašnje jezgre i radioaktivni raspad - dvije vodeće hipoteze - ne proizvode dovoljno energije za napajanje magnetskog polja onoliko dugo koliko je okolo.
Stijenski snimci pokazuju da je Zemljino magnetsko polje staro najmanje 3, 4 milijarde godina, a možda je staro čak 4, 2 milijarde godina. Hlađenjem unutarnje jezgre osiguralo bi samo oko milijardu godina energije za magnetsko polje. A u zemljinoj jezgri jednostavno nema dovoljno radioaktivnog materijala da bi hipoteza propadanja djelovala, kaže Francis Nimmo, planetarni znanstvenik sa Sveučilišta u Kaliforniji, Santa Cruz.
U novoj studiji, objavljenoj u ovotjednom broju časopisa Nature, O'Rourke i David Stevenson, planetarni znanstvenik tvrtke Caltech, predlažu novi kemijski mehanizam za postavljanje razlika uzgona u unutrašnjosti Zemlje kako bi se pokrenuo geodinam.
Pomoću računalnih modela, par je pokazao da je nakon ogromnih udara koji su bombardirali ranu Zemlju, mala količina magnezija mogla se otopiti u jezgri bogatoj željezom.
"Zemlja je nastala u nizu stvarno nasilnih, džinovskih sudara koji su mogli ugrijati plašt na temperature čak 7000 Kelvina [12.140 stupnjeva Fahrenheita]", kaže O'Rourke. "Na tim temperaturama, elementi koji se normalno [miješaju sa] željezom, poput magnezija, idu u željezo."
Ali s obzirom da je magnezij topiv u željezu samo na visokim temperaturama, kako se Zemljina jezgra hladi, magnezij će taložiti ili "snježiti van" vanjske jezgre kao legure bogate magnezijem. Te se legure prevoze do granice jezgrenog plašta.
"Kad izvučete leguru bogatu magnezijem iz jezgre, ono što je preostalo gušće je", kaže O'Rourke. Koncentrirajuća masa poput te oslobađa gravitacijsku energiju koja bi mogla poslužiti kao alternativni izvor energije za dinamo, objašnjava on.
Prema O'Rourkeu i Stevensonu, njihov mehanizam taloženja magnezija mogao je napajati geodinamu milijardama godina dok se unutarnja jezgra nije ohladila i ukrutila, što prema trenutnim procjenama sugerira da se dogodilo prije oko milijardu godina. U tom bi trenutku dva procesa mogla započeti raditi u tandemu da bi napajala Zemljino magnetsko polje, kaže O'Rourke.
"Taloženje magnezija moglo bi potaknuti konvekciju željeza s vrha jezgre, dok bi oslobađanje svjetlosnih elemenata iz unutarnje jezgre [od ukrućenja] moglo pokrenuti konvekciju s dna", kaže on.
Planetarni znanstvenik Nimmo, koji nije bio uključen u studiju, kaže da mu se sviđa hipoteza o oborini o magnezijumu jer daje samo dvije pretpostavke: da se Zemlja zagrijava tijekom divovskog udara, a da se tijekom divovskog udara, metalna jezgra udarne glave otkriva na silikatni materijal plašta.
"Teško je raspravljati s pretpostavkom, mada je neizvjesno koliko je vruće, " kaže Nimmo. Pretpostavka dva malo je sigurnija, kaže on, ali većina se znanstvenika slaže da će se, kako se kamenita tijela sudaraju s ranom Zemljom, neki elementi iz tih udaraca, poput magnezija, prenijeti u plašt. "Jednom kada napravite te dvije pretpostavke, sve ostalo prirodno slijedi."
Sada, kaže Nimmo, sve što trebamo su eksperimenti za testiranje O'Rourkeovih i Stevensonovih ideja. "Njihova se studija temelji uglavnom na računalnim predviđanjima kako bi magnezij trebao podijeliti u zavisnosti od temperature", kaže Nimmo.
Neki istraživači već rade na tim eksperimentima, tako da je možda samo pitanje vremena prije nego što znanstvenici utvrde ono što čini Zemljino magnetsko polje krpelja.
"Naš proces mogao bi objasniti ne samo kako je dinamo radio u prošlosti", kaže O'Rourke, "nego [kako] to bi moglo djelovati i danas."
