地核可能及時硬化以保存其磁場

地球核心在 5.65 億年前的某個時候凝固了？ 一項新的研究表明，不僅可以及時拯救地球的保護磁場免於即將崩潰，還可以將其啟動到當前的強大階段。

這項發現於 1 月 28 日在網路上報道自然地球科學，支持先前透過模擬提出的想法地球內核相對年輕。 它還提供了關於地球自 45.4 億年前形成以來如何以及以多快的速度失去熱量的見解，這不僅對於了解地球磁屏蔽的形成，而且對於了解地函和板塊構造內的對流至關重要。

“我們對於地球的熱歷史沒有很多真正的基準，” 約翰霍普金斯大學地球物理學家彼得奧爾森（Peter Olson）沒有參與這項新研究，他說。 ？ 我們知道內部比今天更熱，因為所有行星都會失去熱量。 但我們不知道十億年前與今天相比的平均氣溫是多少。 奧爾森說，確定內核中的鐵何時開始結晶可以為了解當時行星內部的溫度提供一個窗口。

此行星的鐵鎳核心由兩層組成：固態內核和熔融外核。堅固的內核何時形成一直是個謎（SN：2015 年 9 月 19 日，第 14 頁 18）。 “提議的年齡從 5 億年前到 25 億年前都有，” 合著者、紐約羅徹斯特大學地球物理學家約翰‧塔杜諾 (John Tarduno) 說。

這兩層的相互作用驅動地球發電機，即為磁場提供動力的富鐵流體的循環。 這個圍繞著地球的磁場保護地球免受太陽風的襲擊，太陽風是太陽噴射出的持續的帶電粒子流。 隨著內核冷卻和結晶，剩餘流體的成分會改變； 更具浮力的液體像羽流一樣上升，而冷卻的晶體則下沉。 這種自我維持、密度驅動的環流會產生一個具有兩個相反極（北極和南極或極性）的強磁場。

古代岩石中的磁性痕跡表明，早在 42 億年前，地球就有磁場。 早期的磁場很可能是由行星內部的熱量驅動熔融核心內的循環所產生的。 但電腦模擬表明，隨著時間的推移，僅靠熱驅動的環流將不足以繼續為強磁場提供動力。 相反，該氣田開始關閉，岩石記錄中的訊號是數百萬年來強度減弱和極性快速反轉。 然後，在某個時刻，地球核心開始結晶，啟動地球發電機並產生新的強磁場。

現在，科學家認為他們已經找到了磁場崩潰何時發生的證據。 由英國利物浦大學地球物理學家理查德·博諾 (Richard Bono) 領導的研究人員檢查了加拿大魁北克省一組岩石中的磁性包裹體，其歷史可追溯至約 5.65 億年前。 夾雜物分析 ? 針狀的富鐵顆粒與岩石形成時存在的磁場方向對齊？ 研究人員報告說，顯示當時行星的磁場極度微弱。

“這些古強度值比現在的磁場低 10 倍，比之前觀察到的任何值都要低，” 塔杜諾說。 “這表明核心中正在發生一些根本性的事情。”

結合先前的研究發現，磁場在該時期也迅速反轉極性，新的結果表明，地球磁場可能在大約 5.65 億年前就已經處於崩潰的邊緣。 這表明內核尚未凝固。 對於地球上的生命來說幸運的是，它最終做到了。

“想必我們的星球一切都進展順利，？” 塔杜諾說。 “但這並不一定意味著它必須這樣做。”

新發現“可能非常重要” 奧爾森說。 由於帶有磁性顆粒的岩石不會立即冷卻，而是經過很長一段時間才能冷卻，因此這些數據代表了大約 10 萬年期間的平均場強。 他說，這意味著科學家不僅捕捉了波動場的快照，而且還發現了真實的、持久的訊號。 電腦模擬表明，弱場階段可能持續了更長的時間，從大約 9 億年前到 6 億年前。 來自該時間跨度以及其他地點的更多古強度數據將有助於確認觀察到的弱相確實標誌著預內部核心場的最後陣痛。

華盛頓特區卡內基科學研究所的地球物理學家彼得·德里斯科爾是估計弱相可能持續多久的理論家之一。 德里斯科爾，他的評論伴隨著該研究自然地球科學指出，年輕的固體內核也凸顯了有關地球冷卻速度的揮之不去的難題。 例如，“如果地核冷卻得很快，那就意味著它在最近的過去非常熱，而下地函在最近的過去也非常熱？” ？ 溫度如此之高，以至於兩者都在 10 億到 20 億年前融化了。 “我們絕對不會在搖滾唱片中看到這一點。”

德里斯科爾補充說，他希望這項新研究能引起人們對這段時期古地磁數據中明顯差距的關注。 “這裡還有很多時間我們可以填補。”

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編者註：本文於 2019 年 2 月 1 日更新，以澄清地核在 5.65 億年前的某個時間凝固。 大約 5.65 億年前，地球磁場處於崩潰的邊緣，這是地核硬化的前兆。