地球的磁场是如何维持的？

如果没有地球的磁场及其偏转来自太阳风和更遥远的宇宙射线的危险电离粒子的能力，地球生命就不可能存在。它是由地球内部外核中液态铁的运动不断产生的，这种现象被称为“地球发电机”理论。

这一学说认为，地球磁场是由于地球外核中熔融铁、镍的对流以及整个行星自转的科里奥利力作用造成的。当导电流体流经已形成的磁场时，会产生电磁感应及其磁场。感应磁场对原磁场有补偿作用，如此一来可维持自身电力的发电机就形成了。类似的磁场在太阳、金星等天体上也存在。

尽管它非常重要，但关于“地球发电机”的起源和维持它的能源还存在许多问题未得到解答。

卡内基科学中心，中国台湾中央研究院和中国台湾大学的科学家研究了以铁为主的地球核心中存在的较轻元素如何影响“地球发电机”的起源和可持续性。

地球是由环绕太阳的尘埃和气体盘积聚而成的。最终，最密集的物质在形成地球时向内沉降，形成了今天存在的各层：核心、地幔和地壳。虽然，核心主要是铁，但地震数据表明，一些较轻的元素，如氧、硅、硫、碳和氢，在分化过程中也被溶入其中。

随着时间的推移，地球内核结晶，此后不断冷却。就其本身而言，从地核流出的热量是否能推动地幔的发展？还是说这种热对流需要从凝结的内核中移动出来的轻元素的浮出，而不仅仅是热量的额外推动？

了解地核化学成分的具体情况，有助于回答这个问题。

硅酸盐在地幔中占主导地位，继氧和铁之后，硅是地球上第三丰富的元素，因此它很可能是核心中可以与铁合金化的主要轻元素之一的选择。由中国台湾中央研究院和中国台湾大学的谢文斌助理教授领导的团队使用基于实验室的模拟地球深处的条件，模拟硅的存在如何影响热量从地球铁核向地幔的传输。

铁芯材料的导热性越低，产生地热所需的阈值就越低。如果有足够低的阈值，从核心中流出的热通量可以完全由热对流驱动，而不需要额外的材料运动来使其发挥作用。

该团队发现，在他们模拟地球内核实验中，“地球发电机”可以在地球的整个历史中仅靠热传导发挥作用。

展望未来，他们希望扩大努力，了解地球核心中氧、硫和碳的存在会如何影响这一对流过程。

他们的研究结果发表在《自然通讯》上。