地球磁場的成因或許和沙律醬有共通之處

地球磁場的成因或許和沙律醬有共通之處


耶魯大學領導的一個科學團隊可能已經找到了一個新的因素來解釋地球磁場的漲落—這對做過油醋醬沙律的人來說最熟悉不過了。

在地球中心附近產生的磁場,長期以來一直起著緩衝來自太陽發出的有害太陽風輻射。如果沒有這層保護,地球上的生命就不會有繁榮的機會。然而,我們對地球磁場及其演化還不完全了解。

耶魯大學卡納尼·李(Kanni Lee)副教授和她的團隊發現,含有矽和氧的熔融鐵合金,在與地核相似的條件下形成兩種不同的液體。這是一個稱做不混溶(immiscibility)的過程。

這項研究的主要作者莎拉·阿維森(Sarah Arveson)指出,在日常生活中,我們觀察到液體的不混溶性,就像油和醋在沙拉醬中分開一樣。令人驚訝的是,當原子在地球核心的巨大壓力下被迫非常靠近時,就會發生液相分離。

在大氣壓力下,複合熔融合金中的不混溶性是很常見的,冶金學家和材料科學家已經證明了這一點。但是,在更高壓力下,對不混溶合金的研究僅限於地殼和地核之間的地函中發現的壓力。

科學家提供了幾種理論來解釋外核頂部緩慢流動的液體層,包括不混溶的鐵合金在核心中形成層的想法。但迄今為止,還沒有實驗或理論的證據來證明這一點。

使用雷射加熱,鑽石砧實驗產生高壓,結合電腦模擬,耶魯領導的團隊再現了在外核中發現的條件。他們演示了兩種不同的熔融液體層:貧氧、鐵矽液體和鐵矽氧液體(iron-silicon-oxygen liquid)。因為鐵矽氧層密度較低,它上升到頂部,形成富含氧的液體層。

卡納尼·李副教授指出,我們的研究首次提出了在這種極端條件下不混溶的熔融金屬合金的觀察,暗示金屬熔體中的不混溶在高壓下可能是普遍存在的。

研究人員說,這一發現為理解早期地球的狀況以及如何解釋歷史上地球磁場的變化新增了一個新的參考變數。

【圖:莎拉·阿維森;文:節錄自台北天文館之網路天文館網頁】

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