地球磁場是如何形成和維持的？

2020-09-10 科學前沿工人


地核的化學組成是如何塑造地球的地質歷史性和宜居性的？

眾所周知，如果沒有地球磁場及其偏轉來自太陽風和更遙遠宇宙射線的危險電離粒子的能力，生命就不可能存在。地球磁場是由地球外核中液態鐵不斷流動產生的，這種現象被稱為地球發電機。儘管地球發電機具有重要意義，但關於它的起源以及幾千年來維持它的能源，仍然有很多問題懸而未決。

一個國際研究小組的新研究檢測了以鐵為主的地核中輕元素是如何影響地球發電機的起源及可持續性的，小組成員包括來自卡內基科學研究所（Carnegie Institution for Science）的現任和前任科學家：Nicholas Holtgrewe, Sergey Lobanov和Irina Chuvashova。他們的研究成果發表在《自然通訊》上。

我們的星球是由圍繞初升太陽周圍的塵埃和氣體盤狀物吸積而成的。最終，密度最大的物質在行星形成的過程中向內塌陷，形成了如今的地核、地幔和地殼。雖然地核以鐵為主，但地震資料顯示，一些輕元素如氧、矽、硫、氫在分化的過程中也溶解在地核裡。

隨著時間的推移，內核形成晶體並不斷冷卻。就其本身而言，從地核流入地幔的熱量能驅動地球發電機嗎？或者說，這種熱對流需要輕元素浮力的額外推動，而不僅僅是從冷凝的內核中釋放出來的熱量的額外推動。了解地核中的化學成分有助於回答這個問題。

矽酸鹽是地幔的主要成分，僅次於氧和鐵，矽是地球上第三豐富的元素，因此它可能是與地核中的鐵形成合金的主要輕元素之一。在中國臺灣的中央研究院（Academia Sinica）和臺灣大學（National Taiwan University）的謝文斌領導下，研究人員在實驗室營造地球深處的條件，模擬矽的存在將如何影響熱量從地核到地幔的傳遞。

Goncharov解釋說道：「核心物質的導熱性越低，發動地球發電機所需的閾值就越低，在足夠低的閾值下，核心外的熱流完全可以由熱對流驅動，而不需要額外的物質運動來使其工作。」

相關焦點

  • 地球的磁場是如何維持的？
    如果沒有地球的磁場及其偏轉來自太陽風和更遙遠的宇宙射線的危險電離粒子的能力，地球生命就不可能存在。它是由地球內部外核中液態鐵的運動不斷產生的，這種現象被稱為「地球發電機」理論。這一學說認為，地球磁場是由於地球外核中熔融鐵、鎳的對流以及整個行星自轉的科裡奧利力作用造成的。
  • 地球磁場形成之謎首度揭開
    科技日報北京2月25日電 （記者張夢然）英國《自然·通訊》雜誌25日發表的一項地球科學模型，首次詳細分析了地球早期磁場是如何產生的。 地球的磁場已經運行了至少34億年，而它的起源卻一直未知。磁場其實也是地球最神秘的特徵之一，它對所有生命體都至關重要。長時間以來，科學家將磁場理論化為地核動力作用的結果。在地球內部，液態的外核圍繞著固態的內核旋轉，而其方向則與地球自轉的方向相反。 現如今所說的磁場，正是由富含金屬鐵的液態地核外核中的「發電機」產生的，但這一過程在地球早期，應該較難維持，因為地核的冷卻速度並不夠快。
  • 地球磁場是如何形成的？真相來了
    1、地球磁場是如何形成的？地球的碳場是由地核製造的，磁場是看不見、摸不著的，只能通過科技手段被檢測出來。地球內部的地核分為內核和外核，內核是固態的，外核是液態的，主要成分都是鐵和鎳。鐵是電導體，外核的液體經運動，就會產生電流。液體金屬繞著固態內核不停地旋轉，就產生了磁場。2、山會長個兒嗎？
  • 新研究提出了早期地球強大的磁場的證據，從而保護了生命的形成
    為了確定過去的磁場方向和強度，研究人員對從澳大利亞收集到的鋯石晶體進行了測量和分析。鋯石大小約為0.1毫米，並且包含更小的磁性粒子，這些磁性粒子在形成鋯石時鎖定了地球磁場的磁化強度。圖中，鋯石晶體放在一角硬幣的「 O」內，以表示大小。
  • 40億年前的月球，到底是如何「守護」地球和磁場消失的原因？
    那麼若沒有了大氣層的保護，地表上將無法保持液態水，溫度也將無法維持室溫，那麼地球就會變成一個乾燥寒冷不適合生命生存的環境。到底是如何形成的？而根據古地磁研究顯示，地球磁場至少是在35億年前形成，有的研究則是認為在42億年前。但不管是35億年還是42億年，這是地球磁場的普遍強度都是非常的低，大概只有現在磁場的一半。而在前面我們知道強大的磁場可以有效地屏蔽太陽風的侵蝕，從而保護大氣層。那遠古時代地球又是如何躲過颱風的空間，從而保護大氣層的呢？
  • 地球到底是如何產生磁場的 為何可以如此持久
    地球內部，有一個發電機，在維持地磁場長期運轉。並且，其中的物質交換和熱量交換，讓它可以十分持久。我們的地球之所以能成為生機勃勃的存在，一個很大的原因在於它有一個可以屏蔽太陽風和宇宙射線中危險帶電粒子的磁場。
  • 解密40億年前的月球,到底是如何「守護」地球和磁場消失的原因?
    那麼若沒有了大氣層的保護，地表上將無法保持液態水，溫度也將無法維持室溫，那麼地球就會變成一個乾燥寒冷不適合生命生存的環境。就像現在的火星那樣，可幸好我們有地磁場的保護。由於颱風是由帶電的粒子組成，所以當他們遇到地球的磁場時就會被磁場偏轉，從而繞過地球。而在太陽風的轟擊下，地球的磁場也發生了變形，向著太陽一面的磁場被太陽風擠壓，形成了一種拱形的激波。
  • 年輕的地球磁場
    進化論者的回應電流衰減模型顯然與進化論者所需要的數十億年不相符，所以他們青睞的是自我維持的發電機模型。這個模型認為，地球的自轉和對流效應會使地球外核中的液態鎳/鐵發生轉動，而這些液態金屬內正負電荷的運轉速度會有差異，從而產生電流，進而產生磁場。
  • 億萬年前火星曾有水有大氣層有磁場,是如何和地球分道揚鑣的
    我們很快就能知道為什麼他們會採取截然不同的方式發展開來，美國宇航局的InSight宇宙飛船將於11月26日抵達火星，我們將以前所未有的方式對比地球和火星，期望得到我們最關心的問題——火星是如何和地球分道揚鑣的。InSight(簡稱內部探索使用地震調查、大地測量學和熱傳輸)不會尋找火星上的生命。
  • 最新研究顯示:地球古磁場40億年前形成
    極光是由地球磁場和太陽風暴的相互作用引起的。圖片來源：NASA 　　最新研究顯示，地球至少在40億年前便形成了磁場，比此前認為的早了5億多年。 　　這項7月31日發表於《科學》雜誌的研究，在理解地球何時以及如何開始演化形成現代形式上向前邁出了重要一步。古磁場通過阻止強勁的太陽風暴去除大氣層，使這個有著5億年歷史的星球更加適宜於生命居住。
  • 地球磁場為什麼能穩定存在?
    地球內部，有一個發電機，在維持地磁場長期運轉。並且，其中的物質交換和熱量交換，讓它可以十分持久。　　然而，對於地球如何產生磁場這件事情，科學家們卻仍然莫衷一是。　　許多人都提出了可能的解釋。例如，愛因斯坦認為，這或許是因為在地球內部，電子攜帶的負電荷與質子攜帶的正電荷總數不相等，從而導致整個地球具有磁場。諾貝爾物理學獎得主Patrick Blackett試圖通過實驗來尋找地球自轉角動量和磁矩的關係，結果始終一無所獲。
  • 地球內核為什麼是固態的?它與地球磁場的形成又有什麼聯繫呢?
    地球是由幾個不同的層組成的，而每一層都有其獨特的屬性。地球最深的層是固體的內核。為什麼地球內核是固態的呢？雖然沒有人曾經到過地球的中心，但是物理學家通過研究地震的衝擊波，已經能夠計算出它可能的結構。即地球的中心是一個堅固的內核，有月球的三分之二大小，主要由鐵構成。
  • 曾為地球「挺身而出」的磁場
    現如今，我們的地球就擁有這樣一個強大的全球性磁場，它保護著大氣和低軌道衛星免受嚴酷的太陽輻射的傷害。，產生的碎片形成了地球與月球。在這種假設下，月球的鐵核應該比忒伊亞的核要小得多，因此，長期以來，人們一直認為月球是沒有能力以這麼小的核產生並維持一個全球性磁場的。
  • 地球磁場正在消失?沒了磁場人類還能生存嗎?
    地球磁場可以把地球的磁場類比成一個條形磁鐵，這個磁鐵的方向由地球的自轉軸傾斜了11度，與中心偏離550公裡，磁鐵兩極的磁力最強，兩級中點的強度則是兩級的一半。通常會採用磁力線將它進行可視化，從一極出發形成弧形進入另一極。那麼它究竟是如何產生的呢？
  • 為什麼地球會有磁場?
    地球生命的存在即為僥倖，很多條件都足以讓生命泯滅，磁場就是其中之一、如果沒有它，地球上根本不會有生命。根據科學家的研究，地球磁場的出生日期，幾乎和生命的出生日期差不多，這似乎也證明了，正是磁場的出現，地球上才出現了生命。
  • 【百科知識】地球為什麼會有磁場?
    隨著人們對於地球內部結構的進一步研究，相信最終會徹底揭開地球的磁場的起源和演化之謎。我們知道地球本身就像一塊「大磁鐵」，這個大指的是個頭大，而不是磁場強度強。地磁場本身是很弱的，大概是25-65微特斯拉，即1特斯拉的十萬分之一。作為比較，冰箱磁鐵的典型數值是5毫特斯拉，即1特斯拉的千分之一量級。
  • 網友問:地球磁場怎麼形成的,宇宙中的其他星球有磁場嗎?
    關於地球磁場的形成機制，目前還是地球物理學的難題之一；太陽系中的八大行星都有磁場，而太陽系中已知唯一存在磁場的衛星是木衛三，太陽本身也是存在磁場的。地球磁場早在戰國時期，古人就發明了司南，有記載「司南之杓，投之於地，其柢指南」，後來慢慢演化出更實用的指南針；其中的原理，就是利用了地球本身存在磁場，地磁南極在地理北極附近，地磁北極在地理南極附近。
  • 地球因6800℃的內核產生磁場，地球磁場可以逆轉，可以消失
    地球為何能存在生命？我們首先會想到，地球有太陽作為能量來源，地球本身存在水、大氣層、磁場保護，然而追根溯源，地球擁有磁場的情況下，才有可能存在足夠的水和大氣。雖然磁場如此重要，但是磁場看不見、摸不到，我們只有拿起指北針的時候才會想起——哦！地球還有磁場的！
  • 月球磁場曾「挺身而出」，為了保護地球？
    行星的全球性磁場就像星球的「保護罩」一樣，它通常產生於表面之下數千千米的液態核中，由核中的液態熔鐵運動產生，一直延伸到遙遠的太空中。現如今，我們的地球就擁有這樣一個強大的全球性磁場，它保護著大氣和低軌道衛星免受嚴酷的太陽輻射的傷害。
  • 地球固態內核僅十幾億歲 有助科學家進一步了解地球磁場
    團隊歷時兩年，通過將雷射加熱的鐵樣品在兩個金剛石砧之間擠壓從而創造出類似於地球核心的環境，研究人員表示，這一年齡位於此前13億至45億年估計年齡譜的較小端；但又比最近一項僅5.65億歲的估計大一些。更重要的是，最新研究有助於科學家確定地核的熱流量，以及為「地球發電機」提供動力的能量來源。 研究者四川大學張友君副教授解釋稱，地球的核心主要由鐵構成，分為固態內核和液態外核。