2016.04.15. - Szerepe lehet a Holdnak a Föld mágneses terének fenntartásában

Egy új modell szerint a Föld olvadt vasmagjának hűlését a kísérőnk árapályereje által okozott deformációk közben felszabaduló energia is lassítja, ezáltal a Hold hozzájárul a Föld mágneses terének fenntartásához.

Bolygónk mágneses tere véd bennünket a Napból érkező töltött részecskék gyilkos áramától. A pajzs létezését a Föld magjában található hatalmas mennyiségű olvadt vasnak köszönhetjük, de ez okozza például a lemeztektonikát és a vulkáni aktivitást is. A klasszikus elképzelés szerint a felszíni energiadisszipáció miatt a bolygó belsejének hőmérséklete folyamatosan csökken, az elmúlt 4,3 milliárd évben a becslések szerint majdnem 3 ezer fokkal, azaz a fiatal Föld maghőmérséklete megközelíthette a 7 ezer fokot. A legújabb modellek, valamint a legrégebbi karbonatit- és bazaltminták geokémiai vizsgálatai azonban nem támasztják alá ezt hosszú idő alatt lezajló nagymértékű hűlést.

A CNRS és az Université Blaise Pascal kutatói, Denis Andrault és munkatársai szerint a 4,3 milliárd év alatt a hőmérséklet valójában csak 300 fokkal lett alacsonyabb a mag határán. Modelljük alapján a kezdeti hőmérséklettől függetlenül a Hold létrejöttét eredményező becsapódás után 1 millió évvel kialakult a körülbelül 4400 K-es hőmérséklet. Ennek következtében a mag-köpeny határon hirtelen megnőtt a viszkozitás, amikor a részleges kristályosodás foka elérte a 60%-ot, ez pedig jelentősen lecsökkentette a hőáramlást, így a hőmérséklet a mai napig mindössze 300 fokkal csökkenhetett a Föld magjában. A közvetlenül a köpeny alsó határa alatt uralkodó 4100 K-es hőmérsékletet szeizmológiai mérések is alátámasztják. A mag-köpeny határ viszonylagos hőmérsékleti stabilitása azonban kizárja, hogy geológiai időskálán a geodinamó működéséhez szükséges nagyléptékű mozgások fenntartásában a hőmérséklet-gradiens fontos szerepet játsszon.

A Hold és a Nap hatására Földünk köpenye folyamatosan deformálódik, és a forgástengely helyzete is változik. A mechanikai hatások jelentős mozgásokat generálnak a Föld magjának külső részét alkotó olvadt vastömegben, az így létrejövő elektromos áramok pedig elegendőek a bolygó mágneses terének fenntartásához.
[Julien Monteux és Denis Andrault]

Alternatív lehetőség a Hold árapályerejének hatása. A Föld alakja enyhén lapult, és a forgástengelyének helyzete is állandóan, ciklikusan változik, a köpeny pedig a Hold árapályerejének hatására rugalmasan deformálódik. Andrault és kollégái kimutatták, hogy ez folyamatosan stimulálhatja a mag külső részét alkotó olvadtvas-elegy mozgását, azaz bolygónk mágneses tere jelentős részben a Föld-Hold-Nap rendszer gravitációs potenciális és forgási energiájának rovására maradhat fenn stabilan. A mechanikai deformációk következtében másodpercenként 3700 milliárd joule energia szabadul fel, ebből a becslések szerint 1000 milliárd joule fordítódik a mag külső rétegeinek mozgatására. Ez elegendő a mágneses tér fenntartására, és így a klasszikus elképzelésben rejlő ellentmondás feloldására. A gravitációs árapályerők és a mágneses tér közötti kapcsolatot egyébként már két Jupiter-hold, az Io és az Europa, illetve számos exobolygó esetében is sikerült kimutatni.

Mivel a Föld tengelyforgása nem egyenletes, a forgástengely iránya nem állandó, és a Hold pályája sem kör alakú, ezért a magbeli mozgások sem lehetnek stabilak, ami fluktuációkat okozhat a geodinamó működésében, és hőkitörésekhez vezethet a mag és a köpeny határán, az olvadt anyag mennyiségének átmeneti megnövekedése pedig fokozhatja a vulkáni tevékenységet a Föld felszínén. Az új modell szerint a Hold Földre gyakorolt hatása tehát jóval több, mint a dagályhullámok létrehozása.

Az eredményeket részletező szakcikk az Earth and Planetary Science Letters c. folyóiratban jelent meg.

Forrás:

• ScienceDaily 2016.04.01.