Ziemskie pole magnetyczne chroni nas przed śmiercionośnym promieniowaniem kosmicznym, a bez niego, jak wiecie, życie nie mogłoby istnieć. Ruch ciekłego żelaza w zewnętrznym jądrze planety, zjawisko „geodynamo”, generuje to pole. Ale to, jak się pojawił, a następnie utrzymywał przez całą historię Ziemi, jest tajemnicą dla naukowców. Nowa praca opublikowana w Nature przez grupę kierowaną przez Alexandra Goncharova z Carnegie University rzuca światło na historię tej niezwykle ważnej formacji geologicznej.
Nasza planeta została utworzona z materii stałej, która otaczała Słońce w młodości iz czasem najgęstszy materiał, żelazo, zatonął, zanurzył się głębiej, tworząc warstwy, o których wiemy dzisiaj: jądro, płaszcz, skorupę. Obecnie rdzeń wewnętrzny to lite żelazo wraz z innymi materiałami, które zostały naprężone podczas procesu nakładania warstw. Rdzeń zewnętrzny jest stopem płynnego żelaza, a jego ruch generuje pole magnetyczne.
Głębsze zrozumienie tego, jak ciepło jest przewodzone w stałym rdzeniu wewnętrznym i płynnym jądrze zewnętrznym, jest potrzebne, aby połączyć procesy, które wyewoluowały na naszej planecie i jej polu magnetycznym - a co ważniejsze, energii, która utrzymuje stałe pole magnetyczne. Ale te materiały najwyraźniej istnieją tylko w najbardziej ekstremalnych warunkach: bardzo wysokich temperaturach i bardzo wysokich ciśnieniach. Okazuje się, że na powierzchni ich zachowanie będzie zupełnie inne.
„Zdecydowaliśmy, że konieczne będzie bezpośrednie zmierzenie przewodności cieplnej materiałów rdzenia w warunkach odpowiadających warunkom rdzenia” - mówi Goncharov. „Ponieważ, oczywiście, nie możemy dostać się do jądra Ziemi i pobrać próbek dla siebie”.
Naukowcy wykorzystali instrument zwany komórką diamentowego kowadła do symulacji warunków jądra planetarnego i zbadania, jak żelazo przewodzi ciepło w tych warunkach. Komórka diamentowego kowadła ściska małe próbki materiału między dwoma diamentami, wytwarzając w laboratorium ekstremalne ciśnienie z głębi Ziemi. Laser podgrzewa materiały do temperatur jądrowych.
Korzystając z takiego „laboratorium jądrowego”, zespół naukowców był w stanie zbadać próbki żelaza w temperaturach i ciśnieniach, które można znaleźć wewnątrz planet w zakresie od Merkurego do Ziemi - ciśnienie od 345 000 do 1,3 miliona normalnych atmosfer i od 1300 do 2700 stopni Celsjusza - i zrozumieć, jak przewodzą ciepło.
Stwierdzono, że przewodnictwo cieplne takich próbek żelaza odpowiada dolnemu końcowi wstępnych szacunków przewodnictwa cieplnego jądra Ziemi - między 18 a 44 watów na metr na stopień Kelvina w jednostkach, których naukowcy używają do pomiaru takich rzeczy. Sugeruje to, że energia potrzebna do utrzymania geodynamo była zawsze dostępna od samego początku historii Ziemi.
„Aby lepiej zrozumieć przewodnictwo cieplne rdzenia, w przyszłości będziemy badać, jak materiały nieżelazne, które zostały wciągnięte do jądra wraz z tonącym żelazem, wpływają na procesy termiczne wewnątrz naszej planety” - mówi Goncharov.
Film promocyjny:
ILYA KHEL