Questão:
Por que o campo magnético da Terra é mais forte do que seus vizinhos?
RonS
2019-12-06 02:47:20 UTC
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[Editado] Eu aprendi que o núcleo da Terra está quente devido à decomposição de elementos radioativos, fazendo com que a parte líquida do núcleo permaneça líquida. Isso foi declarado como uma explicação do motivo pelo qual a Terra tem um campo magnético forte.

Supondo que os planetas rochosos foram formados aproximadamente da mesma maneira (colisões de planetóides etc.), por que a Terra foi a "vencedora sortuda" de abundantes elementos radioativos, enquanto Marte & Vênus ficaram com muito menos, fazendo com que seus núcleos se solidificassem, seus campos magnéticos se enfraquecessem, sua água fosse lançada no espaço e seu destino selado para se tornarem deserto árido e inferno fervente, respectivamente?

Não creio que saibamos muito sobre o conteúdo dos núcleos de Vênus. Para Marte, temos pelo menos o fato de que ele tem 10 vezes menos massa, o que deve desempenhar um grande papel na geração de calor e no isolamento ...
Bem, sabemos que Vênus tem um campo magnético fraco, que, pelo menos no caso de Marte e da Terra, está ligado à existência ou à falta de um núcleo de ferro fundido. Se o núcleo de Vênus é muito diferente do da Terra, isso apenas expande o escopo da questão original
Meu ponto é: você não pode dizer que o núcleo da Terra é mais radioativo do que seus vizinhos, porque não sabemos disso. Além disso, especifique o que quer dizer com "mais radioativo". Maior conteúdo de elemento radioativo, fluxos de calor, ...?
A estrutura interna de Vênus não é particularmente bem restrita (é difícil colocar sismômetros lá, as condições da superfície são um tanto hostis), mas há algumas evidências de que há um núcleo externo líquido. A falta de campo magnético pode estar relacionada à rotação lenta e aos detalhes de como o calor flui pelo planeta.
Marte provavelmente tem um núcleo parcialmente fundido (ou seja, um núcleo interno sólido rodeado por um núcleo externo líquido). Um núcleo completamente sólido é inconsistente com as observações do campo gravitacional de Marte, enquanto um núcleo parcialmente fundido é consistente com essas observações.
Dois respostas:
David Hammen
2019-12-06 05:19:24 UTC
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Eu aprendi que o núcleo da Terra é quente devido à decomposição de elementos radioativos.

Isso é geofísica não comprovada e não padrão. Existem vários argumentos contra isso. Uma é que todos os isótopos radioativos de longa duração são isótopos de urânio (dois isótopos, 235 U e 238 U), tório ( 232 Th) e potássio ( 40 K). O problema: Urânio, tório e potássio são elementos fortemente litofílicos ("amantes da rocha"). Esses elementos se dissolvem muito bem na rocha fundida, mas não tanto no metal fundido. A presença de isótopos radioativos de longa vida é intensificada na crosta terrestre, ligeiramente esgotada no manto terrestre e, por todos os motivos, deveria estar fortemente esgotada no núcleo da Terra.

Outro problema é que qualquer quantidade significativa de urânio e tório no núcleo da Terra foi descartada devido aos detectores de neutrino. O potássio-40 não foi descartado porque os neutrinos do decaimento 40 K têm energia muito baixa para serem detectados, mas isso nos traz de volta ao problema nº 1.

A única esperança pois essa conjectura é que o potássio de alguma forma se torna siderofílico sob alta pressão. Existem alguns resultados experimentais, a maioria dos quais são altamente controversos, de que este pode ser o caso.

Outro problema é a conjetura de alta radioatividade no núcleo da Terra foi motivada por explicando o campo magnético da Terra. Vários artigos recentes afirmam que não há razão para essa motivação. O campo magnético da Terra é totalmente explicável sem recorrer à hipótese quimicamente não suportada de que 40 K de alguma forma se torna um siderófilo em alta pressão.

Isso é consistente com wiki [orçamento de calor interno da Terra] (https://en.wikipedia.org/wiki/Earth%27s_internal_heat_budget#Radiogenic_heat), mas então [campo magnético da Terra] (https://en.wikipedia.org/wiki / Earth% 27s_magnetic_field # Physical_origin) diz: "O campo da Terra se origina em seu núcleo. Esta é uma região de ligas de ferro que se estende por cerca de 3400 km (o raio da Terra é de 6.370 km). É dividido em um núcleo interno sólido, com raio de 1220 km, e núcleo externo líquido. [48] ...
... O movimento do líquido no núcleo externo é conduzido pelo fluxo de calor do núcleo interno, que é de cerca de 6.000 K (5.730 ° C; 10.340 ° F), para o limite núcleo-manto, que é cerca de 3.800 K ( 3.530 ° C; 6.380 ° F). [49] O calor é gerado pela energia potencial liberada por materiais mais pesados ​​afundando em direção ao núcleo (diferenciação planetária, a catástrofe do ferro), bem como pela decomposição de elementos radioativos no interior. "É implausível para mim que o núcleo interno relativamente pequeno possa permanecer assim quente com o calor remanescente no meio do núcleo externo do líquido por bilhões de anos. Devo perguntar isso?
@KeithMcClary - Observe a falta de uma citação sobre "bem como decadência de elementos radioativos no interior" nesse artigo da Wikipedia. Dito isso, esta é uma das áreas em que os cientistas concordam em discordar. Os geoquímicos dizem que há muito pouco, se houver, dos quatro isótopos radioativos de longa duração mencionados em minha resposta no núcleo da Terra devido à natureza química desses três elementos. Os geofísicos argumentam que deve haver uma boa quantidade de pelo menos um desses isótopos no núcleo para fornecer o fluxo de calor que eles pensam ser necessário para suportar o geodinamo.
Então, o que nos modelos geotérmicos modernos permite que a Terra como um todo (não o núcleo) seja tão quente quanto é em comparação com os modelos pré-século 20 que calculavam uma idade obviamente falsa da Terra em menos de um milhão de anos ou mais?
A falta de citação parece não ser um ponto totalmente preciso, já que qualquer pesquisa rápida no Google sobre algo como "por que o núcleo da terra é quente" irá puxar dezenas de páginas de cientistas e organizações científicas atribuindo a maior parte do assunto ao calor radiogênico. E o manto, sendo muito, muito, muito mais volumoso do que o núcleo, deve abrigar a maioria desses elementos radioativos. Seu calor é então transportado em parte para o núcleo. O núcleo não precisa de nenhum elemento radioativo; o manto sim, e os possui como consequência da litofilia que você mencionou.
@CarlWitthoft - Calor residual da formação da Terra, e calor gerado pela formação do núcleo sólido, sendo este último em duas formas. Uma é que formar ferro / níquel sólido a partir de ferro / níquel fundido é uma reação exotérmica. A outra é que o núcleo interno sólido tem menos impurezas (oxigênio, silício, enxofre, ...) do que o núcleo externo líquido. Além de ser uma reação exotérmica por si só, a formação do núcleo altera a entropia.
@zibadawatimmy - Mesmo no limite núcleo-manto, o manto é mais frio do que o núcleo. A transferência de calor é do núcleo para o manto, não o contrário. Dito isso, um manto mais quente significa menos transferência de calor do núcleo para o manto do que um manto mais frio. Um manto mais quente, entretanto, levanta um novo problema, que é que o campo magnético da Terra requer uma certa quantidade (a quantidade exata está sujeita a debate) de transferência de calor através da fronteira manto-núcleo.
Estou um pouco confuso com essa noção. Os observatórios de neutrinos estabeleceram que uma parte dominante do orçamento interno de calor da Terra vem da decadência radioativa. Ou você está simplesmente dizendo "sim, é verdade, mas não no fundo"?
@AtmosphericPrisonEscape - Ao contrário. Com uma possível exceção, os observatórios de neutrinos estabeleceram exatamente o oposto: a parte dominante do orçamento de calor do núcleo da Terra não pode vir da decadência radioativa. A única exceção é o potássio-40; os neutrinos emitidos pelo decaimento do potássio-40 estão abaixo do limite de detecção de energia dos detectores de neutrino atuais. Você talvez esteja combinando o orçamento de energia interno da Terra, que inclui a crosta, o manto e o núcleo, com o orçamento de energia do núcleo da Terra. (contínuo)
Urânio, tório e potássio são elementos altamente litofílicos, tão altamente litofílicos que tendem a se concentrar na crosta terrestre. Os geoquímicos argumentam que o núcleo da Terra deve ser altamente esgotado nesses elementos. A única exceção possível pode ser o potássio, mas mesmo isso permanece controverso. Existem alguns experimentos que mostram que o potássio pode mudar de litofílico para siderofílico em temperaturas e pressões suficientemente altas. Então, novamente, há outros experimentos que dizem que isso é um absurdo.
@DavidHammen Sim, esta foi a minha pergunta, obrigado!
TazAstroSpacial
2019-12-10 08:59:49 UTC
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Existem dois fatores principais que controlam se os planetas têm campo magnético. Deve haver um meio condutor de fluido (ferro líquido para a Terra, hidrogênio metálico líquido para Júpiter), e quanto mais rápido o núcleo gira, mais forte é o campo.

Mercúrio gira lentamente, não tenho certeza de quanto é grande núcleo metálico é líquido: campo fraco. Vênus provavelmente estrutura semelhante à da terra por causa da densidade e massa semelhantes, então terá um núcleo externo líquido como a terra, mas gira muito lentamente: nenhum campo O núcleo externo de ferro líquido da terra gira rapidamente Mar: gira aproximadamente no mesmo período que a terra, mas núcleo provavelmente é sólido. Massa menor, qualquer calor vazou, então o núcleo congelou. A missão do Insight é resolver a estrutura interna de Marte e se eles podem reduzir o fluxo de calor atual.

Existem outros planetas com campos magnéticos. Júpiter e Saturno, hidrogênio metálico líquido como condutor e ambos rotadores rápidos.

Urano e Netuno têm campos magnéticos estranhos, mas possivelmente gelo salgado (metano de água) / mingau ou líquido e ambos giram mais rápido que a Terra.

Obrigado pela explicação detalhada. Existe uma razão conhecida pela qual Vênus gira mais lentamente do que a Terra? Além disso, os comentários acima afirmaram que o núcleo de Marte é parcialmente líquido, com base em observações. Se for esse o caso, é lógico que seu campo magnético seja mais forte, certo? E que teria sido mais forte quanto mais para trás no tempo você vá. Então, talvez ele tenha perdido seus oceanos e atmosfera depois do esperado?
Vênus: houve um estudo recente mostrando que os primeiros oceanos poderiam ter desacelerado a rotação antes que os oceanos desaparecessem. Não tenho certeza se esse método resultaria em rotação retrógrada (eixo inclinado mais de 90 graus). Uma ideia antiga era invocar uma colisão.


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