Дали планетата има магнитно поле или не, отива дълъг път към определяне дали е обитаем или не. Докато Земята има силна магнитосфера, която защитава живота от вредното излъчване и предпазва слънчевия вятър от отстраняване на атмосферата му, планетата като Марс вече не го прави. Ето защо тя премина от света с по-плътна атмосфера и течна вода на повърхността му до студеното, изсушено място, което е днес.
Поради тази причина учените отдавна се стремят да разберат какво захранва магнитното поле на Земята. Досега консенсусът беше, че това е ефектът на динамо, създаден от течното външно ядро на Земята, въртящо се в обратна посока на въртенето на Земята. Нови изследвания от Токийския технологичен институт предполагат, че всъщност може да се дължи на наличието на кристализация в земното ядро.
Изследването е проведено от учени от Института за наука на Земята (ELSI) от Tokyo Tech. Според тяхното проучване, озаглавено „Кристализация на силициев диоксид и композиционна еволюция на земното ядро“, което се появи наскоро през природа - енергията, която задвижва магнитното поле на Земята, може да има повече общо с химичния състав на земното ядро.
От особено безпокойство за изследователския екип беше скоростта, с която ядрото на Земята се охлажда през геоложко време - което беше обект на дискусия от известно време. А за д-р Кий Хироуз - директорът на Научния институт „Земя-живот“ и водещ автор на хартията - това е нещо като стремеж през целия живот. В проучване от 2013 г. той сподели констатациите от изследванията, които показват как земното ядро може да се е охладило по-значително, отколкото се смяташе досега.
Той и неговият екип стигнаха до заключението, че след формирането на Земята (преди 4,5 милиарда години) ядрото може да се е охладило с до 1000 ° C (1832 ° F). Тези открития бяха доста изненадващи за общността на науките за Земята - водещи до това, което един учен посочи като „Нов основен парадокс на топлината“. Накратко, тази скорост на охлаждане на сърцевината ще означава, че за поддържане на геомагнитното поле на Земята ще е необходим друг източник на енергия.
На всичкото отгоре и свързани с въпроса за охлаждането на сърцевината, бяха някои нерешени въпроси относно химичния състав на сърцевината. Както д-р Кий Хироуз каза в съобщение за пресата на Tokyo Tech:
„Ядрото е най-вече желязо и малко никел, но също така съдържа около 10% леки сплави като силиций, кислород, сяра, въглерод, водород и други съединения. Смятаме, че много сплави присъстват едновременно, но не знаем съотношението на всеки кандидат елемент. "
За да разрешат това, Хироуз и неговите колеги от ELSI проведоха серия от експерименти, при които различни сплави бяха подложени на топлина и налягане, подобни на тези във вътрешността на Земята. Това се състоеше в използването на диамантена наковалня за изстискване на образци от сплав с размер на прах, за да се симулират условията на високо налягане, и след това да се нагрява с лазерен лъч, докато достигнат екстремни температури.
В миналото изследванията на железни сплави в ядрото са били фокусирани предимно върху желязо-силициеви сплави или желязо-оксид при високо налягане. Но в името на своите експерименти Хироуз и неговите колеги решиха да се съсредоточат върху комбинацията от силиций и кислород - за които се смята, че съществуват във външната сърцевина - и изследват резултатите с електронен микроскоп.
Това, което изследователите откриват, е, че в условия на изключително налягане и топлина, проби от силиций и кислород се комбинират, за да образуват кристали на силициев диоксид - които са сходни по състав с минералния кварц, открит в земната кора. Ерго, проучването показа, че кристализацията на силициев диоксид във външната сърцевина би освободила достатъчно плаваемост за захранване на активната сърцевина и ефект на динамо още от началото на Хадеен еон.
Както Джон Хернлунд, също член на ELSI и съавтор на проучването, обясни:
„Този резултат се оказа важен за разбирането на енергията и еволюцията на ядрото. Бяхме развълнувани, тъй като нашите изчисления показаха, че кристализацията на кристали на силициев диоксид от сърцевината може да осигури огромен нов енергиен източник за захранване на магнитното поле на Земята. "
Това проучване не само предоставя доказателства, които помагат за разрешаването на така наречения „Нов основен топлинен парадокс“, но също така може да помогне да се разшири нашето разбиране за това какви са били условията по време на формирането на Земята и ранната Слънчева система. По принцип, ако силицият и кислород образуват кристал от силициев диоксид във външната сърцевина с течение на времето, тогава рано или късно процесът ще спре, след като ядрото изтича от тези елементи.
Когато това се случи, можем да очакваме, че магнитното поле на Земята ще пострада, което ще има драстични последици за живота на Земята. Освен това помага да се ограничат концентрациите на силиций и кислород, които са присъствали в ядрото при първото формиране на Земята, което може да извърви дълъг път към информиране на нашите теории за образуването на Слънчевата система.
Нещо повече, това изследване може да помогне на геофизиците да определят как и кога други планети (като Марс, Венера и Меркурий) все още са имали магнитни полета (и евентуално да доведат до идеи как могат да бъдат захранвани отново). Това дори би могло да помогне на научните екипи за лов на екзопланети да определят кои екзопланети имат магнитосфери, което би ни позволило да разберем кои извън слънчеви светове могат да бъдат обитаеми.
