美國加州大學聖地亞哥分校斯克裡普斯海洋研究所（SIO@UCSD）的地球物理學家首次提出了“早期地球”的“非正統”觀點。《地球和行星科學通訊》雜誌報道，SIO研究人員Dave Stegman, Leah Ziegler和Nicolas Blanc等為這一觀點提供了證據。新成果為解決地球早期歷史研究的爭論打開了新視野。Stegman說：“目前，研究人員還沒有一個統一的理論來揭示地球的熱力學演化過程。我們提出了一種可能的假設。”
地球物理學的基本原理認為，地球的液體外核一直是產生地球磁場的來源。2007年，法國研究人員提出了一個與長期假設截然不同的觀點：自地球誕生以來，地幔一直是固態的。他們認為，在地球45億年曆史的前半段時間內，地幔底層的三分之一是熔融態的“基底層岩漿海（BMO）”。六年後，Stegman和Ziegler進一步擴展了這一觀點，他們在著作中展示了在這段時間內，曾經是液態的下地幔部分是如何超過產生地球磁場所需的閾值的。
地幔主要是由硅酸鹽構成的。通常情況下，這種化合物的導電性很差。因此，部分研究人員認為，即使底層地幔在幾十億年裡都維持了液態，它內部的快速流體運動也難以形成產生磁場所需的巨大電流。然而，Stegman團隊認為，液態硅酸鹽的導電性可能比普遍認知更好。加州大學洛杉磯分校（UCLA）地球物理學家Lars Stixrude說：“Stegman和Ziegler率先提出了早期地球磁場與地幔有關的觀點。然而，只有當液態硅酸鹽的導電性非常好的時候，‘硅酸鹽發電機’的設想才有可能成立。因此，他們的觀點受到了質疑。”
為此，Stixrude領導的團隊首次利用量子力學計算方法預測了液態硅酸鹽在BMO條件下的電導率。他說：“我們發現，在這種情況下，液態硅酸鹽的電導率非常高，足以維持‘硅酸鹽發電機’的運行。”此前，Stixrude的發現已在《自然通訊》雜誌發佈。而在另一篇論文中，亞利桑那州立大學地球物理學家Joseph O’rourke將Stegman等提出的觀點應用於金星的磁場研究。O’rourke說：“Stegman等的開創性研究對我的金星磁場研究工作產生了直接啟發。他們最近的報道有助於解答‘地球磁場何以存在了數十億年’這個問題。”
如果Stegman等提出的假設是正確的，那就意味著地幔可能為地球提供了第一個抵禦宇宙輻射的磁性屏障。此外，這個假設還能作為研究地球構造演化的基礎。
Stegman說：“如果磁場確實是在地幔中產生的，那麼地球的磁場保護罩形成的時間就更早，地球生命出現的時間也會更早。”
O’rourke補充說：“我們的研究是互補的。它們證實了BMO對類地行星進化的重要性。雖然地球的BMO已經凝固，但它依然可能是影響地球磁場壽命的關鍵因素。”
期刊編號：0012-821X
原文鏈接：https://scripps.ucsd.edu/news/earths-mantle-not-its-core-may-have-generated-planets-early-magnetic-field
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