更真实的地球发电机磁场产生机制
发布日期：2020年09月03日
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相比于真实的地球磁场产生机制而言，这只是一个非常简化的模型。例如，除了外核中液态铁的结晶，驱动对流的热量还可能来源于地球最初形成时蕴藏在内部的热量，密度较大的物质向核心沉淀时摩擦产生的热量，以及放射性元素衰变产生的热量。
相比于真实的地球磁场产生机制而言，这只是一个非常简化的模型。例如，除了外核中液态铁的结晶，驱动对流的热量还可能来源于地球最初形成时蕴藏在内部的热量，密度较大的物质向核心沉淀时摩擦产生的热量，以及放射性元素衰变产生的热量。另一方面，越来越多的地震波数据和模拟地球深处高温高压环境的实验都表明，地球的核心并非由纯铁构成，而很有可能掺杂了硅、氧、硫、碳等各种轻元素。这些元素的存在可能影响了地球内部的热量和物质流动，从而进一步影响地球磁场的产生机制和演化历史。就在今年（2020年）7月，发表于《自然通讯》上的一项研究就探索了硅元素的存在会如何影响从地核到地幔的热量传输。研究发现，在接近地球外核的温度和压力条件下，当铁中溶解的硅的质量达到8%时，硅铁合金的导热率会下降到只有纯铁的一半。我们已经知道，地球发电机要良好运转就需要一定的热量来提供驱动力，而地核物质的导热率对这个热量流动的过程会产生重要影响：如果地核导热率很高，从地核向地幔传递的热流就比较多，这时就需要额外的物质对流来维持发电机的运转；反之，如果地核导热率足够低，从地核向外传递的热流就比较少，单纯的热对流就足以维持发电机的运转。由于铁中掺杂其他轻元素很可能具有与硅铁合金相似的效果，由此推想，如果地核中确实掺杂有轻元素，那么地球发电机或许可以在热对流这唯一一个驱动力的作用下运转，而无需额外的物质对流。另一方面，地球的内核因为只需要提供更少的热量，它的年龄可能比预期的更古老。
