我们知道，如果没有地球磁场以及它能够将危险的电离粒子从太阳风和更遥远的宇宙射线中偏转出来的生命就不可能存在。它是由液态铁在地球外核中的运动连续产生的，这种现象称为大地发电机。

尽管它具有根本性的重要性，但关于土工发电机的起源以及在几千年中维持它的能源仍然有许多问题尚未得到解答。

一个国际研究团队的新工作，包括现任和前任卡耐基科学家亚历山大·贡恰洛夫，尼古拉斯·霍尔特格雷威，谢尔盖·洛巴诺夫和伊琳娜·楚瓦绍娃，研究了铁芯中较轻元素的存在如何影响大地发电机的成因和可持续性。他们的发现发表在《自然通讯》上。

我们的星球从年轻时环绕我们的太阳的尘埃和气体盘中吸出。最终，最稠密的物质向内沉入形成的行星，形成了当今存在的层-核心，地幔和地壳。尽管岩心主要是铁，但地震数据表明，在分化过程中，一些较轻的元素如氧，硅，硫，碳和氢溶解了其中。

随着时间的流逝，内芯结晶并从那时起一直持续冷却。就其本身而言，热量是否可以从岩心流出并流到地幔中驱动地发电机？还是这种热对流是否需要从轻质元素的浮力中获得额外的推动力，而不仅仅是热量从冷凝的内芯中移出？

了解核心化学成分的细节可以帮助回答这个问题。

硅酸盐是地幔中的主要元素，仅次于氧气和铁，硅是地球上含量第三高的元素，因此对于可能与核心中的铁合金化的主要轻元素之一，硅可能是一种选择。在中国科学院和台湾大学的谢文彬的带领下，研究人员使用了基于实验室的深地球条件模拟技术，来模拟硅的存在如何影响热量从行星铁芯传递到地幔中。

贡恰洛夫解释说：“核心材料的导热性越差，生成土工发电机所需的阈值越低。” “具有足够低的阈值，流出铁芯的热通量可以完全由热对流驱动，而无需额外移动材料即可使之工作。”

研究小组发现，在模拟的内核中，硅藻土的浓度约为8％（重量），这可能是整个地球历史上传热的唯一作用。

展望未来，他们希望加倍努力，以了解核心中氧，硫和碳的存在将如何影响对流过程。

作者得到了中国科学院，台湾科学技术部，中国国家自然科学基金，杰出学术促进基金会，中国科学院，美国国家科学基金会，陆军研究的支持。办公室，深碳天文台和亥姆霍兹青年研究者小组。