Bằng chứng về từ trường mạnh ban đầu xung quanh Trái đất

Sâu bên trong Trái đất, sắt lỏng xoáy tạo ra từ trường bảo vệ của hành tinh chúng ta. Từ trường này là vô hình nhưng rất quan trọng đối với sự sống trên bề mặt Trái đất: nó che chắn hành tinh khỏi gió mặt trời có hại và các tia vũ trụ từ mặt trời.

Do tầm quan trọng của từ trường, các nhà khoa học đã cố gắng tìm hiểu xem trường đã thay đổi như thế nào trong suốt lịch sử Trái đất. Kiến thức đó có thể cung cấp manh mối để hiểu được sự tiến hóa trong tương lai của Trái đất cũng như sự tiến hóa của các hành tinh khác trong hệ mặt trời.

Nghiên cứu mới của Đại học Rochester cung cấp bằng chứng cho thấy từ trường hình thành lần đầu tiên quanh Trái đất thậm chí còn mạnh hơn các nhà khoa học tin tưởng trước đây. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí PNAS sẽ giúp các nhà khoa học đưa ra kết luận về tính bền vững của lá chắn từ tính của Trái đất và liệu có các hành tinh khác trong hệ mặt trời với các điều kiện cần thiết để nuôi dưỡng sự sống hay không.

“Nghiên cứu này đang cho chúng ta biết điều gì đó về sự hình thành của một hành tinh có thể ở được”, John Tarduno, William R. Kenan, Jr., Giáo sư Khoa học Trái đất và Môi trường và Trưởng khoa Nghiên cứu Nghệ thuật, Khoa học và Kỹ thuật tại Rochester nói. “Một trong những câu hỏi mà chúng tôi muốn trả lời là tại sao Trái đất phát triển như vậy và điều này cho chúng tôi nhiều bằng chứng hơn cho thấy việc che chắn từ tính được ghi lại từ rất sớm trên hành tinh.”

Từ trường của Trái Đất hiện nay

Lá chắn từ tính ngày nay được tạo ra trong lõi ngoài của Trái đất. Sức nóng dữ dội ở lõi bên trong dày đặc của Trái đất khiến lõi ngoài – bao gồm sắt lỏng – xoáy và khuấy, tạo ra dòng điện và điều khiển một hiện tượng gọi là geodynamo cung cấp năng lượng cho từ trường của Trái đất. Dòng điện trong lõi ngoài lỏng bị ảnh hưởng mạnh bởi nhiệt lượng tỏa ra từ lõi bên trong rắn.

Do vị trí và nhiệt độ khắc nghiệt của vật liệu trong lõi, các nhà khoa học không thể đo trực tiếp từ trường. May mắn thay, các khoáng chất nổi lên bề mặt Trái đất chứa các hạt từ tính nhỏ, khóa theo hướng và cường độ của từ trường tại thời điểm các khoáng chất nguội đi từ trạng thái nóng chảy của chúng.

Các nhà nghiên cứu đã xác định và phân tích các tinh thể zircon – các vật liệu trên mặt đất lâu đời nhất được biết đến – thu thập từ các địa điểm ở Úc. Các zona có kích thước khoảng hai phần mười milimet chứa các hạt từ tính nhỏ hơn thậm chí khóa trong từ hóa của trái đất tại thời điểm các zona được hình thành.

Từ trường của Trái Đất 4 tỷ năm trước

Nghiên cứu trước đây của Tarduno đã phát hiện ra rằng từ trường của Trái đất có ít nhất 4.2 tỷ năm tuổi và đã tồn tại gần như lâu nhất hành tinh. Mặt khác, lõi bên trong của trái đất là một bổ sung tương đối gần đây: nó chỉ hình thành khoảng 565 triệu năm trước theo nghiên cứu được công bố bởi Tarduno và các đồng nghiệp của ông hồi đầu năm nay.

Mặc dù các nhà nghiên cứu ban đầu tin rằng từ trường ban đầu của Trái đất có cường độ yếu nhưng dữ liệu zircon mới lại cho thấy trường mạnh hơn. Nhưng vì lõi bên trong chưa được hình thành nên lĩnh vực mạnh ban đầu được phát triển 4 tỷ năm trước phải được cung cấp bởi một cơ chế khác.

Các nhà khoa học nghĩ rằng cơ chế đó là sự kết tủa hóa học của magiê oxit trong Trái đất.

Ôxít magiê có khả năng bị hòa tan bởi nhiệt độ cực cao liên quan đến tác động khổng lồ hình thành mặt trăng của Trái đất. Khi bên trong Trái đất nguội đi, magiê oxit có thể kết tủa dẫn đến sự đối lưu và geodynamo. Các nhà nghiên cứu tin rằng Trái đất bên trong cuối cùng đã cạn kiệt nguồn oxit magiê đến mức từ trường gần như sụp đổ hoàn toàn cách đây 56 triệu năm.

Nhưng sự hình thành của lõi bên trong đã cung cấp một nguồn mới để cung cấp năng lượng cho geodynamo và lá chắn từ tính hành tinh Trái đất có ngày nay.

Một từ trường trên Sao Hoả

Từ trường ban đầu này cực kỳ quan trọng vì nó che chắn bầu khí quyển và loại bỏ nước khỏi Trái đất sơ khai khi gió mặt trời dữ dội nhất. Cơ chế tạo ra trường gần như chắc chắn quan trọng đối với các cơ quan khác như các hành tinh và ngoại hành tinh khác.

Chẳng hạn, một lý thuyết hàng đầu là sao Hỏa, giống như Trái đất, có từ trường từ rất sớm trong lịch sử của nó. Tuy nhiên trên Sao Hỏa, cánh đồng sụp đổ và không giống như Trái đất, Sao Hỏa không tạo ra một cái mới.

Một khi sao Hỏa mất đi lớp che chắn từ tính thì nó sẽ mất nước. Nhưng chúng ta vẫn không biết tại sao việc che chắn từ tính sụp đổ. Việc che chắn từ trường sớm thực sự quan trọng nhưng chúng ta cũng quan tâm đến tính bền vững của từ trường. Nghiên cứu này cung cấp cho chúng ta nhiều dữ liệu hơn trong việc cố gắng tìm ra tập hợp các quy trình duy trì lá chắn từ tính trên Trái đất.

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Rochester . Bản gốc được viết bởi Lindsey Valich. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. John A. Tarduno, Rory D. Cottrell, Richard K. Bono, Hirokuni Oda, William J. Davis, Mostafa Fayek, Olaf van ‘t Erve, Francis Nimmo, Wentao Huang, Eric R. Thern, Sebastian Fearn, Gautam Mitra, Mitchsey V. Smirnov, Eric G. Blackman. Paleomagnetism chỉ ra rằng từ tính chính trong zircon ghi lại một geodynamo mạnh của Hadean . Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia , 2020; 201916553 DOI: 10.1073 / p.19.1916553117