A nikkel a Föld mágneses terének fundamentuma

2017. július 15. szombat 10:45

A forró földmagban lévő húsz százaléknyi nikkel kulcsfontosságú szerepet játszik a Föld mágneses erőterének létrehozásában egy kutatócsoport szimulációs kísérletei szerint.

A Föld mágneses terét elsősorban a nagyrészt vasból álló belső mag folyékony részének dinamóhatása hozza létre. Csupán a vassal azonban ezt a hatást nem lehet megmagyarázni, szükséges hozzá a 20 százaléknyi nikkel is - állapították meg würzburgi és bécsi fizikusok szimulációk segítségével, kutatásukat a Nature Communications szaklap friss száma ismertette.

A mintegy 7000 kilométer átmérőjű földmag alkotja bolygónk fémes belsejét. Nagyjából akkora, mint a Hold és olyan forró, mint a Nap felszíne. Nyomása több száz gigapascal, ami ahhoz hasonlítható, mint amennyit több mozdony egyetlen négyzetmilliméteren fejtene ki.

"Ilyen körülmények között az anyagok egészen másképp viselkedhetnek, mint amit megszoktunk. Nehéz ilyet laboratóriumban előállítani, de bonyolult szimulációval ki tudjuk számítani, hogy viselkednek a földmag fémjei a kvantummechanika szintjén" - idézte a Science Daily Karsten Heldet, a Bécsi Műszaki Egyetem kutatóját, a tanulmány egyik szerzőjét.

A földmag hőjének utat kell találnia fölfelé: a forró anyag a bolygó felsőbb rétegei felé szállva úgynevezett konvekciós áramlatokat kelt. Ugyanekkor a Föld forgása is nagy erőt hoz létre, az úgynevezett Coriolis-erőt és a két erő együttesen a forró anyag bonyolult, spirális áramlását kelti.

"Ha egy ilyen áramlásrendszerben elektromos áram keletkezik, az mágneses teret hozhat létre, amely tovább erősíti az elektromosságot és így tovább, míg végül a mágneses erő olyan nagy lesz, hogy a Föld felszínén is mérni tudjuk" - magyarázta Alessandro Toschi, a tanulmány egy másik szerzője, szintén a Bécsi Műszaki Egyetem kutatója.

Eddig azonban nem volt tisztázott, miért jönnek létre egyáltalán a Föld magjában a konvekciós áramlatok. A vas ugyanis jó hővezető, ez a képessége nagy nyomás hatására még jobb lesz.

"Ha a földmag kizárólag vasból állna, az elektronok a vasban viszonylag szabadon mozognak, így a meleget elszállítanák a magból egyedül is, nem lenne szükség a konvekciós áramlatokra. Ha így lenne, a Földnek nem lenne mágneses tere" - mondta Karsten Held.

A földmag nikkelének eddig nem tulajdonítottak különösebb jelentőséget."A nikkel nagy nyomás alatt másképp viselkedik, mint a vas, jóval gyakoribb benne az úgynevezett elektronszóródás, mint a vasban, ebből következik, hogy a nikkel és így a földmag hővezető képessége is sokkal gyengébb, mint a vasé" - magyarázta Toschi.

A nikkel nagy aránya miatt a forró mag hője nem tudna a földfelszín felé mozogni, ha csak az elektronok mozgására lenne utalva. Ennek eredménye, hogy konvekciós áramlatok jönnek létre, melyek végül a Föld mágnesességét létrehozzák - írták a kutatók.

Képünkön: koncepciórajz a földi magnetoszféráról.