Elektronen Absturz könnte der Erde Magnetfeld Geheimnis erklären.

Ein unordentlich Paradox, die Geowissenschaftler heimgesucht hat, die Studie Erdkern und das Magnetfeld erzeugt kann jetzt gelöst werden.

Das Puzzle ist nur ein paar Jahre alt. Es wuchs in einem 2012 Papier, in dem Geophysiker im Vereinigten Königreich eine weithin akzeptierte Supercomputer-Modell, die fand eisernen Erdkern unglaublich effizient veröffentlicht bei der Durchführung von Wärme. In Leitung, Hitze bewegt sich, aber das Material übertragen die Wärme bleibt – denken Sie an eine Küche Pfanne Aufwärmen. Die Übertragung der Wärme aus dem Herd in der Pfanne ist Wärmeleitung.

In dieser Studie überprüften die Forscher wie Wärme durch den Erdkern, auf der Ebene der Atome und Elektronen bewegen kann. Einfach ausgedrückt, ist das Paradox, dass in diesem Modell so viel Wärme, floh aus dem Kern über Wärmeleitung, die gab es nicht genug Energie, um Kraftstoff Konvektion übrig (wenn Wärme Bewegung erzeugt) im flüssigen äußeren Erdkern. Die Folge: das Erdmagnetfeld sollte nicht vorhanden sein. (Gäbe Küche Pfannen so effektiv bei der Durchführung von Wärme als Kern, würde dann Fleisch niemals kochen, weil die Wärme in die Luft entweichen würde.)

"Die Studie zog viel Aufmerksamkeit wegen der schwerwiegenden Folgen,", sagte Bruce Buffett, Geophysiker an der University of California, Berkeley, der nicht in der Forschung beteiligt war.

Aber jetzt, neue Forschung findet, dass in den Tiefen der Erde, wo Temperaturen denen auf der Oberfläche der Sonne entsprechen können, die Eisen Elektronen Wärme durch mehr bedeutet als nur die übliche Art und Weise, durch schnellen Schwingungen, laut einer Studie veröffentlicht bewegen in der Zeitschrift Nature (Jan. 28) heute. Elektronen bash auch ineinander, Übertragung von Energie durch Kollisionen bekannt als Elektron-Elektron-Streuung. [Was ist Erde gemacht?]

Die Ergebnisse lösen das Paradox, die Forscher stellten fest, in der neuen Zeitung. "Gab es ein großes Problem in wie Sie ein Magnetfeld erzeugen, und jetzt, aufgrund unserer Ergebnisse dieses Problem ist im Grunde verschwunden,", sagte Co-Studienautor Ron Cohen, ein Wissenschaftler an der Carnegie Institution for Science in Washington, D.C., und Professor am University College London im Vereinigten Königreich.

Zittern und schütteln

Führen Studienautor Peng Zhang, verwendet auch der Carnegie Institution, ein National Science Foundation Supercomputer berechnen, wie zip-Eisen Elektronen und Zwing innerhalb des Kerns. Die Modellierung Arbeit ist vergleichbar mit Vorhersage um jeden Tropfen Wasser in eine Regenwolke zu positionieren, sagte Cohen. "Wir kümmern, wo jedes einzelnes Elektron ist, und wie sie interagieren und Scatter und Sprungkraft aus einander," sagte Cohen Leben Wissenschaft.

Der innere Erdkern ist fest, und über die Größe des Mondes. Der äußere Kern ist flüssig; etwa 1.400 Meilen (2.250 km) dick; und gekrönt von 1.800 Meilen (2.900 km) von kristallinen Mantel, der wie warme Kunststoff fließt. Dies ist alles in einer kalten, harten Schale aus Felsen namens die Kruste umhüllt. Der Kern ist nicht reines Eisen-Metall-Elemente wie Sauerstoff, Kohlenstoff und Nickel sind ebenfalls vorhanden.

Zhangs Team entdeckte, dass im Kern, Kollisionen zwischen Elektronen genauso wichtig wie Kollisionen zwischen Elektronen und schwingenden Atomen sind (bekannt als Elektron-Phonon-Streuung) geht es um Wärmeenergie. Die frühere Modellierung Arbeit, auch in der Natur, veröffentlicht hatte festgestellt, dass der Erdkern zwei-bis dreimal so viel Wärme zu Wärmeleitung zu verlieren ist, als bisher angenommen. Zhangs neue Erkenntnisse geben Sie die Menge der Abwärme wieder im Einklang mit den herkömmlichen Modellen (weil Buchhaltung für die Elektron-Elektron-Kollisionen Eisen eine geringere Leitfähigkeit gibt).

Labor-Experimente können bestimmen, ob das Team Modell stimmt, sagte Cohen.

"Diese Berechnungen sind schwer, wie die Experimente, sondern Bestätigung dieser Ergebnisse sind wichtig," sagte Dave Stevenson, ein Geophysiker am California Institute of Technology, die nicht an beiden Studie beteiligt war. Jedoch sagte er, ist es noch nicht klar, dass die neuen Ergebnisse der früheren Feststellungen ab 2012 zu stürzen.

"Wissenschaft ist nie so einfach", sagte Stevenson. Und die neue Studie nicht alle Fragen löst, die z. B. wie die Erde tatsächlich im Laufe seiner Geschichte gekühlt bleiben, sagte Stevenson.

Schutz des Planeten

Seit der Veröffentlichung des 2012 Modells haben Geowissenschaftler einfallen alternative Erklärungen wie das Erdmagnetfeld, unter der Prämisse arbeiten kann, die meiste Wärme durch Wärmeleitung entkommen war. Magnetfeld des Planeten existiert seit mindestens 3,4 Milliarden Jahre nach magnetische Mineralien in alten Gesteinen.

Konvektion ist bei der Hitze Bewegung erzeugt. Wärme von unten verursacht Material zu steigen, und wie das Material abkühlt, fällt es wieder erneut – wie Sie in einem Topf mit kochendem Wasser oder wenn die heiße Luft in einem Raum nahe der Decke sammelt. Wissenschaftler glauben, dass Konvektionsströme in den Kern Flüssigmetall in Spiralen aufgrund der konstanten Erdrotation fließen können. Die spiralförmigen Metall erzeugt Magnetfeld des Planeten. Ohne ein magnetisches Feld, hätte die Erde keinen Schutz vor dem Sonnenwind, und Leben wie wir es kennen würde nicht existieren. [Foto-Timeline: wie die Erde gebildet]

Eine alternative Möglichkeit, das magnetische Feld, zu erklären, das Hitze-gesteuerte Konvektion nicht erforderlich, besagt, dass die Konvektion durch Änderungen im Inneren der Erde angetrieben wird. Der innere Kern begann bilden etwa 1 Milliarde Jahren, wenn Temperaturen schließlich niedrig fiel genug für Eisenmetall, solide einzufrieren, Wissenschaftler glauben. Da Eisen weiter zu festigen, können leichtere Elemente in der Metall-Mischung, wie Sauerstoff und Kohlenstoff, entkommen und steigen in Richtung des Mantels, Betankung Konvektionsströme.

Es ist auch möglich, dass ein Hitze-gesteuerte Magnetfeld oder Geodynamos, existierte, bevor der innere Kern gebildet, sagte Monica Pozzo, Geophysiker am University College London und Leiter der 2012 Modellierung Arbeit.

"Sicher Auswirkungen [neu] Dabei wird die aktuelle Debatte über die thermische Geschichte der Erde und die Funktionsweise des Geodynamos zu intensivieren", sagte Pozzo.

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