地球科学动态监测快报

2022年第15期

新研究表明地球内核影响地球保护性磁场

2022年7月19日,《自然·通讯》(Nature Communications)发表题为《早寒武世地球动力学更新与地核构造起源》(Early Cambrian renewal of the geodynamo and the origin of inner core structure)的文章,该文指出,在地下大约1800英里处存在着由地球外核中旋转的液态铁所产生的保护性磁场。虽然该磁场大约在565 Ma前强度下降至今天的10%,但随着地球内核开始增长,磁场开始再生,强度增强,根据地质时间尺度推测,地球内核很可能是直接影响因素。

通过借助古地磁确定地球结晶开始的时间来解释地球内核结构的起源,其中显著的信号是一个超低磁场场强,虽然与由地核—地幔热通量为地球发电机提供动力所减弱的热能有关,但是一旦地球内核成核(ICN)开始,随着新的热浮力或浮力源组合出现,场强强度开始急剧增加。据报道,埃迪卡拉纪(约565 Ma)岩石中存在超低磁场场强,但向更强场强的转变过程尚不清楚。因此,来自美国罗契斯特大学的研究人员展示了俄克拉荷马州早寒武世(约532 Ma)斜长岩的单晶古强度结果。结果显示,这种斜长岩产生的时间平均偶极矩是埃迪卡拉纪岩石的5倍。根据磁场场强的快速更新,协同定义超低强度的数据,将ICN起始时间限定在大约550 Ma。而根据这个起始年龄进行的热模拟建模表明,地球内核已经增长到其当前半径的50%,地震各向异性发生了约 450 Ma的变化。因此可以认为,地球内核最外层的地震各向异性反映了一直持续到今日的全球谐函数二次结构中深部地幔的发展模式,而旧的一级发展模式的印记仍保留在地球内核的最里面中。

由此可见,地球内核演化历史存在2个重要阶段:①550 Ma前:在此之前的15 Ma,磁场在几近崩溃后开始迅速恢复。研究人员将磁场的快速恢复归因于地球内核的形成,内核为熔融的外核“充电”并恢复了磁场的强度。②450 Ma前:不断增长的内核结构发生变化,标志着最内核和最外内核之间的界限,由于地表的板块构造运动,内核的这些变化与上覆地幔结构的变化几乎同时发生。

研究人员表示,更好地了解地球内核和磁场的动态和增强方式具有重要意义,不仅可以揭示地球的过去和预测其未来,还可以揭示其他行星可能形成的磁屏蔽和维持生命所需条件。

(王晓晨 编译)