我们生活在最舒适的星球上，它可能不太明显，但是地球磁场在保持这种舒适感方面起着至关重要的作用。太阳系中剩余的岩石行星的磁场要弱得多。因此，不断受到来自太阳的高能粒子的轰击，我们的生物圈应归功于地球核心的铁水库。

然而，核心给我们带来了一些困惑。极端条件使我们很难理解：科学家无法进行能够完全复制核心条件的实验，测量是间接的，因为没有人愿意访问核心，剩下的就是计算机模型。直到最近，这些模型还很有限。但是，不断增长的计算能力开始显示出核心有一个有趣的故事要讲。

洋葱不是冻糕

像所有行星一样，我们的行星是暴力的产物。物质在其生长过程中的聚集来自巨大的撞击和熔岩海洋。重力提供了一种过滤器：铁等重元素被拉到核心，而硅和氧等轻元素则漂浮在顶部。

这张简单的图片提供了地球的基本分层，但没有解释磁场。为此，必须包括对流，该对流驱动产生磁场的铁水流。然而，对流需要在芯的中心与其外边界之间存在温差。但是，铁芯的导热性使人们很难想象温度差足以使对流进行。

为了进一步使铁水变得浑浊，对流需要一定量的混合。对此，科学家找出几个不同的过程在起作用：重力驱动分层，而对流混合各层。然后，随着元素的混合，溶解性和化学反应开始起作用。氧是否由于溶解性和化学反应而保留在早期岩心中？氧气的存在会改变热流，从而改变磁场强度吗？

要了解这些过程，必须执行一组非常困难的计算。首先，需要计算元素的量子化学性质，以确定混合物的最低能量构型-铁中应有多少氧。然后，该计算必须与元素和分子如何物理移动相结合。所有这些计算都必须在约5000K的温度和160GPa的压力下进行。

带上GPU

二十年前，人们无法以任何有用的方式组合这些计算，因为根本没有足够的计算能力。十年前，这些计算在有限的情况下是可行的。现在，它们可以在与地球核心相关的温度和压力下使用，并且具有足够的规模以至于有意义（虽然规模仍然很小）。

为了证明这一点，一组研究人员检查了核心的氧气传输和保留。研究人员表明，早期岩心的氧含量可能比当今岩心的氧含量高得多。但是，氧气可能已经形成了一层分层的氧化物层（虽然在这些温度下，可能最好将其视为铁和氧的混合物）在芯和壁炉架之间的边界下方。分层和伴随的反应减少了流出铁芯的热量。反过来，这削弱了驱动形成地球磁场所需的循环的对流电流。

总而言之，这些计算使已经难以解释的事情变得更加难以解释。

研究人员指出，尽管研究结果的核心是可靠的，但其中一些结论是微不足道的。例如，铁和含氧铁的分配是固体。但是，该模型没有足够的规模来确定当暴露于岩心中的对流电流和上方地幔中的热梯度时分层是否稳定。这些类型的计算需要不同类型的模型。

研究人员还没有在计算中考虑硅和镁的影响。这是另外两个主要的元素贡献者，它们可能会显着改变结果。研究人员将他们的计算视为该技术的原理证明。下一步是执行一组新的计算，这些计算具有更加现实的元素组合。最后，我们可能会更清晰地了解地球早期核心的化学性质。

地球的神妙奥妙，人类还知之甚少。