Zemeljsko magnetno polje nas varuje pred smrtonosnim kozmičnim sevanjem in brez njega, kot veste, življenje ne bi moglo obstajati. To polje ustvarja gibanje tekočega železa v zunanjem jedru planeta, pojav "geodinamo". Toda kako se je pojavil in ohranil skozi vso zgodovino Zemlje, je za znanstvenike skrivnost. Novo delo, ki ga je v Nature objavila skupina pod vodstvom Aleksandra Goncharova z univerze Carnegie, osvetljuje zgodovino te neverjetno pomembne geološke formacije.
Naš planet je nastal iz trdne snovi, ki je v mladosti obkrožala Sonce, sčasoma pa se je najgostejši material, železo, pogreznil, potopil globlje in oblikoval sloje, ki jih poznamo danes: jedro, plašč, skorja. Trenutno je notranje jedro trdno železo skupaj z drugimi materiali, ki so bili med postopkom nalaganja zategnjeni. Zunanje jedro je zlitina tekočega železa in njegovo gibanje ustvarja magnetno polje.
Poglobljeno razumevanje, kako se toplota izvaja v trdnem notranjem jedru in tekočem zunanjem jedru, je potrebno za združevanje procesov, ki so razvili naš planet in njegovo magnetno polje - in še pomembneje, energijo, ki ohranja stalno magnetno polje. Toda ti materiali očitno obstajajo le v najbolj ekstremnih pogojih: zelo visokih temperaturah in zelo visokih tlakih. Izkazalo se je, da bo na površju njihovo vedenje povsem drugačno.
"Odločili smo se, da je nujno neposredno izmeriti toplotno prevodnost jedrnih materialov pod pogoji, ki ustrezajo tistim v jedru," pravi Goncharov. "Ker seveda ne moremo priti do jedra Zemlje in si vzeti vzorcev."
Znanstveniki so z instrumentom, imenovanim diamantna nakovana celica, simulirali pogoje planetarnega jedra in preučevali, kako železo v teh pogojih prevaja toploto. Celica diamantnega nakovala stisne drobne vzorce materiala med dvema diamantoma, kar ustvarja izjemen pritisk iz globin Zemlje v laboratoriju. Laser ogreva materiale na jedrske temperature.
Z uporabo takšnega "jedrskega laboratorija" je skupina znanstvenikov lahko preučevala vzorce železa pri temperaturah in tlakih, ki jih najdemo znotraj planetov v velikosti od Merkurja do Zemlje - tlaki od 345.000 do 1.3 milijona normalnih atmosfer in od 1300 do 2700 stopinj Celzija - in razumeti, kako prevajajo toploto.
Ugotovljeno je bilo, da toplotna prevodnost takih vzorcev železa ustreza spodnjemu koncu predhodnih ocen toplotne prevodnosti zemeljskega jedra - med 18 in 44 vati na meter na stopinjo Kelvina, v enotah, ki jih znanstveniki uporabljajo za merjenje takšnih stvari. To kaže na to, da je bila energija, potrebna za vzdrževanje geodinama, vedno na voljo od samega začetka Zemljine zgodovine.
"Da bi bolje razumeli toplotno prevodnost jedra, bomo v prihodnosti preučevali, kako neželezni materiali, ki so bili v jedro vlečeni skupaj s ponikalnim železom, vplivajo na toplotne procese v našem planetu," pravi Goncharov.
Promocijski video:
ILYA KHEL