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我們知道，如果沒有地球磁場以及它能夠?qū)⑽ｋU的電離粒子從太陽風(fēng)和更遙遠的宇宙射線中偏轉(zhuǎn)出來的生命就不可能存在。它是由液態(tài)鐵在地球外核中的運動連續(xù)產(chǎn)生的，這種現(xiàn)象稱為大地發(fā)電機。

盡管它具有根本性的重要性，但關(guān)于土工發(fā)電機的起源以及在幾千年中維持它的能源仍然有許多問題尚未得到解答。

一個國際研究團隊的新工作，包括現(xiàn)任和前任卡耐基科學(xué)家亞歷山大·貢恰洛夫，尼古拉斯·霍爾特格雷威，謝爾蓋·洛巴諾夫和伊琳娜·楚瓦紹娃，研究了鐵芯中較輕元素的存在如何影響大地發(fā)電機的成因和可持續(xù)性。他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然通訊》上。

我們的星球從年輕時環(huán)繞我們的太陽的塵埃和氣體盤中吸出。最終，最稠密的物質(zhì)向內(nèi)沉入形成的行星，形成了當今存在的層-核心，地幔和地殼。盡管巖心主要是鐵，但地震數(shù)據(jù)表明，在分化過程中，一些較輕的元素如氧，硅，硫，碳和氫溶解了其中。

隨著時間的流逝，內(nèi)芯結(jié)晶并從那時起一直持續(xù)冷卻。就其本身而言，熱量是否可以從巖心流出并流到地幔中驅(qū)動地發(fā)電機？還是這種熱對流是否需要從輕質(zhì)元素的浮力中獲得額外的推動力，而不僅僅是熱量從冷凝的內(nèi)芯中移出？

了解核心化學(xué)成分的細節(jié)可以幫助回答這個問題。

硅酸鹽是地幔中的主要元素，僅次于氧氣和鐵，硅是地球上含量第三高的元素，因此對于可能與核心中的鐵合金化的主要輕元素之一，硅可能是一種選擇。在中國科學(xué)院和臺灣大學(xué)的謝文彬的帶領(lǐng)下，研究人員使用了基于實驗室的深地球條件模擬技術(shù)，來模擬硅的存在如何影響熱量從行星鐵芯傳遞到地幔中。

貢恰洛夫解釋說：“核心材料的導(dǎo)熱性越差，生成土工發(fā)電機所需的閾值越低。” “具有足夠低的閾值，流出鐵芯的熱通量可以完全由熱對流驅(qū)動，而無需額外移動材料即可使之工作。”

研究小組發(fā)現(xiàn)，在模擬的內(nèi)核中，硅藻土的濃度約為8％（重量），這可能是整個地球歷史上傳熱的唯一作用。

展望未來，他們希望加倍努力，以了解核心中氧，硫和碳的存在將如何影響對流過程。

作者得到了中國科學(xué)院，臺灣科學(xué)技術(shù)部，中國國家自然科學(xué)基金，杰出學(xué)術(shù)促進基金會，中國科學(xué)院，美國國家科學(xué)基金會，陸軍研究的支持。辦公室，深碳天文臺和亥姆霍茲青年研究者小組。