地球磁場年紀多大？熱力學實驗有說法

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地球的磁場 (地磁場) 除了能決定我們南北磁極的位置，還為地球提供了強大的保護層，免受有害的太陽風和輻射的侵襲。而維持這重要磁場的地質作用已經存在多久了呢？最新研究為長期以來困擾著人們的地球發電機假說給出了答案，指出地磁場已運行了約34億年。相關報道已於6月1日發表於《Nature》。

來自德國DESY Photon Science的研究人員Zuzana Kon?pková表示：「地球磁場能夠幫助我們抵禦太空高能粒子的危害，也就是所謂的宇宙輻射。它的存在是我們地球適合人類居住的重要保障之一。」

到目前為止，沒有人能夠確定地磁場在地球上存在的時間。地球內部產生磁場的機制一直以來被稱為發電機假說。它認為磁場是由於地球外核內的熔化了的鐵和鎳的對流以及整個行星自轉的科里奧利力作用造成的。

人們認為，地球內核由固態鐵組成，但外核則流動著液態鐵合金。伴隨著地球自轉，其移動方式正好保護地球免受宇宙粒子的侵害。

關於地球內核與外核的關係，以及熱能如何在兩者間傳遞從而製造發電機原理，科學家們幾十年來都在爭論。畢竟，那樣的深度、壓力和熱量，不像地麵條件這樣適合我們去研究。

深入地心取樣當然是天方夜譚，所以Kon?pková及其團隊決定模仿內外核之間的熱量關係，從而模擬出地核的相關環境。

研究人員利用激光加熱的鑽石壓腔來測定在極限條件下鐵的導熱性能。該設備由紅外線激光加熱金屬鐵，以模仿地球核心的極限壓力。

Kon?pková表示：「我們想了解地核驅動發電機原理的能量收支情況，所以測量了鐵的導熱性。地球磁場的產生和維持在很大程度上都依賴於地核的熱力學。」

研究團隊假設，如果像以前研究計算的那樣，大量的熱藉由鐵傳遞，那麼剩餘的不多的能量將不足以驅動發電機假說的對流。也就是說，較低的熱傳導性將保證更多能量來生成地球的磁場。

在地球物理學家中，關於導熱性問題存在著巨大的爭論，這使得解釋地球磁場的歷史變得更加困難。

實驗中，研究人員發現經過加熱的鐵樣本具有較低的熱傳導性，這意味著更多的能量會留下來助力發電機假說，由此測算而來的地球磁場年齡至少為34億年。

「我們的結果和理論計算具有較大的差異，」 Kon?pková介紹，「不過我們所看到的熱傳導性很低，大約在18-44w/m·k。這能夠支持地球發電機假說的成立，並說明其在地球早期就已經存在。」

不過，地球內部的熱力學過程還有很多我們未知的東西。此類研究所得出的結果仍然是高度假設性的。目前，該團隊正在研究地核中可能存在的非鐵金屬的導熱性，以了解它們對地球發電機假說的影響。

http://www.nature.com/nature/journal/v534/n7605/full/nature18009.html

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