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地磁反轉的原因:熔岩燈?

不知道大家有沒有聽過一種居家必備裝飾品:熔岩燈(Lava lamp)?它是由底座的加熱系統和裝滿液體的玻璃瓶組合而成,玻璃瓶內部盛裝透明液體和半透明的蠟。

當熔岩燈被加熱升溫,會使蠟密度下降、浮上頂部;當加熱系統被關閉,蠟密度上升、沉回底部。因為蠟的移動,使人聯想到岩漿流動的樣貌,才被稱為熔岩燈。



熔岩燈[1]熔岩燈原理[2]



地磁反轉的原因,至今懸而未決,困擾了地球物理學家近百年。最近,有科學家受到熔岩燈的啟發,想要用熔岩燈的原理:熱上升、冷下降,以解釋地磁反轉的現象。



地磁反轉紀錄[3]百年以來,科學家都是藉由地震波傳遞中的波速變化來了解地球內部的構造:地殼、地函、地核;而這次,科學家將目標放在外地核與地函交界處。地磁的成因有眾多學說解釋,目前較被認同的是「地磁學的電機原理」(dynamo theory):外地核的液態鐵、鎳、其氧化物不斷向地核邊緣流動,產生電流;而熔融金屬層中,也因為原有的地磁、感應出電流,這感應電流又能產生新的磁場,周而復始地循環著。



在外地核與地函交界處,大約在地表下3000公里,溫度逼近攝氏4000度、壓力大於1300000 atm。因為它的位置在地球深處,科學家只能和前人一樣,藉由地震波波速變化來了解地核、地函交界處的構造;他們發現,S波在某兩處區域的速度比其他地區慢很多,被稱為大型横波低速带(Large-low scale velocity province, LLVSP),一處位於太平洋下方(Jason)、另一處位於非洲和部分大西洋下方(Tuzo)。大型橫波低速帶不但會影響地函的物質流動,也會影響地核的溫度變化和鐵、鎳的流動。



地球內部構造[4]



經過分析地震波,科學家發現大型橫波低速帶內部物質和地函的物質相似,只差在溫度較高、密度較低,這很可能造成這些物質不斷受熱上升、再降溫沉回底部,如同熔岩燈產生的現象。當大型橫波低速帶的物質向地函噴發,會產生類似「讓地核平均半徑增大」的效果,多餘電流使得感應磁場的方向分歧性增大,地磁變成許多磁場方向與地磁有差異的小磁鐵,進而促進地磁反轉;反之,當大型橫波低速帶的物質向地核落下,則會抑制地磁反轉。



但是,目前仍需要更多觀測數據來支持這個理論。



 



資料來源:

http://www.space.com/36863-giant-lava-lamp-hidden-inside-earth.html

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X15000345

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%86%94%E5%B2%A9%E7%81%AF



圖片來源:

http://www.space.com/36863-giant-lava-lamp-hidden-inside-earth.html

http://www.backchina.com/forum/20140826/info-1223260-1-1.html

https://www.google.com.tw/search?q=lava+lamp+%E4%B8%AD%E6%96%87&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwj_jLveuvbTAhWKTbwKHY9bACMQ_AUICigB&biw=1024&bih=492#imgrc=6fAnASN1yIwkCM:

http://familystar.org.tw/index.php?option=com_smf&Itemid=45&topic=20305.0

https://twitter.com/ceedoslo/status/731023871068016640

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