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。當導電流體流經已形成的磁場時，會產生電磁感應及其磁場。感應磁場對原磁場有補償作用，如此一來可維持自身電力的發電機就形成了。類似的磁場在太陽、金星等天體上也存在。

儘管它非常重要，但關於「地球發電機」的起源和維持它的能源還存在許多問題未得到解答。

卡內基科學中心，中國臺灣中央研究院和中國臺灣大學的科學家研究了以鐵為主的地球核心中存在的較輕元素如何影響「地球發電機」的起源和可持續性。

地球是由環繞太陽的塵埃和氣體盤積聚而成的。最終，最密集的物質在形成地球時向內沉降，形成了今天存在的各層：核心、地幔和地殼。雖然，核心主要是鐵，但地震數據表明，一些較輕的元素，如氧、矽、硫、碳和氫，在分化過程中也被溶入其中。

隨著時間的推移，地球內核結晶，此後不斷冷卻。就其本身而言，從地核流出的熱量是否能推動地幔的發展？還是說這種熱對流需要從凝結的內核中移動出來的輕元素的浮出，而不僅僅是熱量的額外推動？

了解地核化學成分的具體情況，有助於回答這個問題。

矽酸鹽在地幔中佔主導地位，繼氧和鐵之後，矽是地球上第三豐富的元素，因此它很可能是核心中可以與鐵合金化的主要輕元素之一的選擇。由中國臺灣中央研究院和中國臺灣大學的謝文斌助理教授領導的團隊使用基於實驗室的模擬地球深處的條件，模擬矽的存在如何影響熱量從地球鐵核向地幔的傳輸。

鐵芯材料的導熱性越低，產生地熱所需的閾值就越低。如果有足夠低的閾值，從核心中流出的熱通量可以完全由熱對流驅動，而不需要額外的材料運動來使其發揮作用。

該團隊發現，在他們模擬地球內核實驗中，「地球發電機」可以在地球的整個歷史中僅靠熱傳導發揮作用。

展望未來，他們希望擴大努力，了解地球核心中氧、硫和碳的存在會如何影響這一對流過程。

他們的研究結果發表在《自然通訊》上。