Trái Đất duy trì từ trường như thế nào?

Sự sống trên Trái Đất không thể tồn tại nếu không có từ trường Trái đất và khả năng làm chệch hướng các hạt ion hóa nguy hiểm khỏi gió Mặt trời và các tia vũ trụ xa hơn. Nó liên tục được tạo ra bởi chuyển động của sắt lỏng trong lõi ngoài của Trái đất, một hiện tượng gọi là geodynamo (quá trình hình thành từ trường).

Mặc dù với tầm quan trọng cơ bản của từ trường Trái Đất, nhiều câu hỏi khoa học liên quan vẫn chưa được trả lời về nguồn gốc của địa chất và các nguồn năng lượng đã duy trì  từ trường trong nhiều thiên niên kỷ qua.

Minh hoạ từ trường Trái Đất bảo vệ khỏi sự tấn công của gió Mặt Trời.

Công trình mới từ một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế, bao gồm các nhà khoa học hiện tại và trước đây của Viện Nghiên cứu Carnegie là Alexander Goncharov, Nicholas Holtgrewe, Sergey lobanov và Irina Chuvashova xem xét sự hiện diện của các yếu tố nhẹ hơn trong lõi sắt chủ yếu có thể ảnh hưởng đến sự phát triển và tính bền vững của từ trường. Phát hiện của họ được công bố trên Nature Communications.

Hành tinh của chúng ta được bồi đắp từ đĩa bụi và khí bao quanh Mặt trời của chúng ta khi còn trẻ. Cuối cùng, vật chất dày đặc nhất chìm vào bên trong hành tinh hình thành tạo ra các lớp tồn tại như ngày nay: lõi trong, lớp phủ và lớp vỏ. Mặc dù, lõi bên trong chủ yếu là sắt, dữ liệu địa chấn chỉ ra rằng một số nguyên tố nhẹ hơn như oxy, silicon, lưu huỳnh, carbon và hydro, đã bị hòa tan vào nó trong quá trình phân hoá.

Theo thời gian, lõi bên trong kết tinh và liên tục được làm mát kể từ đó. Theo cách riêng của mình, nhiệt có thể thoát ra khỏi lõi và truyền tới lớp phủ điều khiển geodynamo? Hoặc là sự đối lưu nhiệt này cần một sự tăng cường thêm từ sự nổi của các nguyên tố nhẹ hơn, không chỉ là nhiệt, chúng di chuyển ra khỏi lõi bên trong?

Hiểu chi tiết cụ thể về thành phần hóa học của lớp lõi có thể giúp trả lời câu hỏi này.

Silicat chiếm ưu thế trong lớp phủ, và sau đó là oxy và sắt, silic là nguyên tố phổ biến thứ ba trên Trái đất, do đó, nó là một lựa chọn có khả năng cho một trong những nguyên tố nhẹ hơn có thể được tạo thành hợp kim với sắt trong lớp lõi. Được dẫn đầu bởi Wen-Pin Hsieh thuộc Viện Academia Sinica và Đại học Quốc lập Đài Loan, các nhà nghiên cứu đã sử dụng mô phỏng trong điều kiện sâu trong Trái trong phòng thí nghiệm để mô phỏng sự hiện diện của silicon sẽ ảnh hưởng đến việc truyền nhiệt từ lõi sắt của hành tinh ra ngoài lớp phủ.

"Vật liệu lõi càng dẫn nhiệt càng thấp thì ngưỡng cần thiết để tạo ra geodynamo càng thấp", Goncharov giải thích. "Với ngưỡng đủ thấp, thông lượng nhiệt ra khỏi lõi có thể được điều khiển hoàn toàn bởi sự đối lưu nhiệt, không cần chuyển động thêm của vật liệu để làm cho nó hoạt động."

Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng với tỷ lệ khoảng 8% phần trăm silicon trong lõi bên trong được mô phỏng của họ, geodynamo có thể hoạt động một mình trong quá trình truyền nhiệt cho toàn bộ lịch sử của hành tinh.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu muốn mở rộng nỗ lực để tìm hiểu sự hiện diện của oxy, lưu huỳnh và carbon trong lõi sẽ ảnh hưởng đến quá trình đối lưu này như thế nào.

Toto - Khám phá khoa học