地球为何会产生磁场地球磁场IT之家

据科学日报报道，地球的磁场对于我们的存在至关重要，因为它保护了地球上的生命不受到致命宇宙射线的伤害。它主要是由地球核心液态铁的混乱运动所产生的。铁是一种金属，这意味着它能够传导电子从而产生电流。卡内基梅隆学院的罗纳德·科恩(Ronald Cohen)和张鹏（Peng Zhang）带领的一支科研小组的最新发现展示，想要解释地球磁场产生的过程，就必须要找到解释金属为什么在加热后导电性减少的传统理论里缺失的一块。这项研究被发表在期刊《自然》上。

▲地核里熔化金属的电阻率将非常低，而热传导率太高，无法产生磁场

地球的中心非常炙热，地球核心流向地表的热量被认为推动了地球动态性的绝大部分，从火山活动到板块运动。一直以来科学家都认为热流动驱动了地球液态铁核心里的所谓的热对流——最热的液体变得较为稀薄并上升，而冷却更密集的液体则下沉——从而产生了地球磁场。但近期的计算结果质疑了这一理论，从而提出了新的问题寻求新的解释。

在最新研究里，科恩和张以及美国罗格斯大学的克里斯蒂亚·豪莱（Kristjan Haule）使用了一种新的计算物理学方法，结果发现原始的热对流理论其实是正确的。他们的结论主要是基于发现20世纪30年代提出的经典金属理论其实是不完整的。

金属里的电子，例如地核里的铁，携带电流和热量。一种材料的电阻率会阻碍电流。经典的金属理论解释称电阻率会随着温度的升高而增加，这主要是因为热量增加导致原子振动更加频繁。这一理论认为高温时电流里的电子因遇到振动的原子而反弹，从而产生电阻。这些电子不仅携带电荷，还携带能量，因此热传导性与导电性是成比例的。

这项据称完全推翻统治过去几十年的有关地球磁场产生的流行理论的最新研究认为，热传导无法推动磁场的产生。这些研究里的计算表明地核里熔化金属的电阻率——这主要是通过电子分散过程所产生的——将非常低，而热传导率太高，因此无法实现通过热传导产生磁场。

科恩、张和豪莱的最新研究显示大约一半以上产生的电阻率的原因被忽略：它源于彼此分散的电子，而非因原子振动而分散的电子。“我们揭开了隐藏了80多年的效应，”科恩说道。“而现在发现其实最原始的动态理论其实是正确的。”

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