多項研究稱地球早期磁場可能是由地幔而非地核產生

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一項新研究證實了一種非正統的說法，即早期地球的故事是由加州大學聖地亞哥分校斯克裡普斯海洋研究所的一位地球物理學家提出的。由來自克里普斯海洋研究所Dave Stegman、Leah Ziegler和Nicolas Blanc於2021年3月15日發表在《Earth and Planetary Science Letters》上的一項研究就早期地球地幔液態部分內部的磁場形成熱力學提供了新觀點並展示了該磁場的有效時間。

這篇論文提供了一個“開啟大門的機會”以解決關於地球早期的不一致敘述。值得注意的是，它跟加州大學洛杉磯分校（UCLA）和亞利桑那州立大學的兩項新研究相吻合，這兩項研究擴充套件了Stegman的概念並以新的方式應用它。

Stegman指出：“目前我們還沒有關於地球如何熱演化的統一理論。我們沒有這個概念框架來理解地球的進化。這是一種可行的假設。”

這三項研究是正規化轉變的最新進展，它們可能會改變人們對地球歷史的理解方式。

地球的液態外核一直是產生磁場的發電機的來源，這一直是地球物理學的基本原則。磁場在地球和其他擁有液態金屬核心的行星上形成、快速旋轉並經歷使熱對流成為可能的條件。

2007年，法國的研究人員提出了一個根本性改變，即從地球誕生之初，地幔就一直是完全固態的。他們認為，在地球45億年曆史的前半部分，地球地幔底部的1/3必須是熔化的，研究人員將其稱之為“基底岩漿海洋”。六年後，Stegman和Ziegler進一步擴充套件了這個想法、發表了首個展示曾是液態下地幔部分而非地核的研究成果。

地球的地幔是由矽酸鹽材料組成，矽酸鹽通常是一種非常差的導電體。因此，即使最下層的地幔在數十億年裡都是液態的，它內部快速的流體運動也不會產生產生磁場所需的大電流，這跟地球目前在地核中的發電機工作原理類似。Stegman的研究小組斷言，液態矽酸鹽實際上可能比人們普遍認為的更具導電性。

“Ziegler和Stegman率先提出了早期地球矽酸鹽發電機的想法，”UCLA地球物理學家Lars Stixrude說道。這個想法遭到了懷疑，因為他們的早期結果“表明，只有當矽酸鹽液體的導電性非常高時矽酸鹽發電機才可能實現，這比在低壓和低溫下測量的矽酸鹽液體中的導電性要高得多。”

由Stixrude領導的一個團隊首次利用量子力學計算預測了基底岩漿海洋條件下矽酸鹽液體的導電性。

根據Stixrude的說法——“我們發現了非常大的導電性值，大到足以支撐矽酸鹽發電機。”UCLA的這項研究則已於2020年2月25日發表在《Nature Communications》上。

在另一項研究中，來自亞利桑那州立大學的地球物理學家Joseph O‘Rourke應用Stegman的概念來揭開金星是否曾在熔化的地幔中產生磁場這個謎題。

這些新研究表明，這個前提已經開始站穩腳跟，不過還遠未被廣泛接受。

Stegman說道：“沒有人會相信，除非他們自己著手，而現在，另外兩位備受尊敬的科學家已經自己著手了。”

“Dave Stegman和他的合作者的開創性研究直接啟發了我對金星的研究，”O’Rourke說道，“他們最近的論文幫助回答了困擾科學家多年的一個問題：地球磁場是如何存在了數十億年的？”

如果Stegman的前提是正確的，這將意味著地幔可能為這個年輕的星球提供了第一個抵禦宇宙輻射的磁場屏障。它還可以為研究地球上的構造是如何在歷史上演化奠定基礎。

Stegman說道：“如果磁場是在地核上方熔化的低地幔中產生的，那麼地球從一開始就受到了保護，這可能會讓地球上的生命更早出現。”

“最終，我們的論文是互補的，因為它們證明了基底岩漿海洋對類地行星的進化是重要的，”O ‘Rourke說道，“地球的基底岩漿海洋已經凝固，但它卻是我們磁場壽命的關鍵。”

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