研究首次证实地核镍组分才是地球磁场形成的关键

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	研究首次证实地核镍组分才是地球磁场形成的关键
	张树良
	2017-08-15
所属快报	地球科学快报
出版年	2017
期	16
语种	中文
领域	地球科学
栏目	地质科学
中文关键词	地核镍组分 ; 地球磁场形成 ; 关键
中文摘要	2017年7月12日，奥地利维也纳技术大学和德国维尔茨堡大学联合研究小组在Nature Communications上发表有关地球组成及其作用机理的最新成果，认为地核主要成分铁并不能解释“地磁发电机”理论，其关键要素在于镍，该结论将改变对于地球磁场的传统认识。
情报分析_信息来源性质	大学
情报分析_信息来源机构	奥地利维也纳技术大学和德国维尔茨堡大学
情报分析_机构类别	大学
情报分析_信息来源国家	奥地利
情报分析_信息类别	前沿研究进展
情报分析_研究主题	改变对于地球磁场的传统认识
情报分析_研究内容	传统理论将地球磁场的产生完全归功于主要由铁元素组成的内核（伴随地球旋转而产生强大的电磁效应），但是该研究认为，单凭铁元素组成并不能有效解释地球的“电磁发电效应”，该效应形成的关键在于镍。镍是除铁以外组成地球内核的另一种重要元素，占比接近20%，其在极端条件下的行为完全不同于铁。目前已知地球内核的热量是有其特有散失方式的，即通过热物质上升至地球外部圈层而形成物质对流作用，与此同时，地球旋转产生很强的科利奥利力，上述作用综合产生复杂的热物质螺旋上升流，并最终形成电流并产生强大的电磁效应。但迄今为止，尚无法解释这些对流流体在其初始位置是如何形成的。虽然铁具有良好的导热性能，并且在高压条件下，其热传导性会更好，但是，如果地核仅仅是由单一的铁元素组成，那么铁中的自由电子能够自身进行热传导，而不需要任何对流流体，由此，地球就根本不可能形成磁场。除金属铁以外，地核组分中还有约20%的金属镍。一直以来，地核中的镍组分并不被认为在地磁效应形成方面具有独特作用。但是，该研究表明，恰恰是镍元素在其中扮演了重要角色：在高压下，镍具有与铁完全不同的行为特征。较之铁，镍所散射出的电子更多，因而其导热性不及铁，进而导致整个地核的导热性远比其组成为单一的铁的情况低。正是由于地核中较高比例的镍组分，导致地核热量无法仅仅通过电子运动而有效传导至地球表面。由此，对流流体产生并最终形成了地球磁场。地核内的极端高温高压条件是很难在实验室再现的，但是借助高精度计算机模拟，科学家能够计算出地核组分在量子力学层面的行为特征。在该研究中，联合研究小组通过大规模计算机模拟分析了地核不同金属组分铁和镍及其合金的结构并精确计算了其电子行为。研究人员指出，借助先进的计算机模拟方法不仅有助于更好地认识地球磁场形成机理，而且能够获得有关不同物质中电子散射过程的最新见解。不仅如此，未来计算材料算法的进步将催生化学、生物学、产业以及技术等领域的新的前沿应用。
参考文献	[1] Nickel is crucial for the Earth's magnetic field. https://www.eurekalert.org/pub_releases/2017-07/vuot-nic071317.php [2] Local magnetic moments in iron and nickel at ambient and Earth’s core conditions. Nature Communications, 2017, DOI: 10.1038/ncomms16062
文献类型	快报文章
条目标识符	http://119.78.100.173/C666/handle/2XK7JSWQ/180696
专题	地球科学
推荐引用方式 GB/T 7714	张树良. 研究首次证实地核镍组分才是地球磁场形成的关键. 2017.