Jordens magnetfelt beskytter oss mot dødelig kosmisk stråling, og uten det, som du vet, kunne ikke livet eksistere. Bevegelsen av flytende jern i den ytre kjernen av planeten, "geodynamo" fenomenet, genererer dette feltet. Men hvordan det så ut og ble opprettholdt gjennom hele jordens historie, er et mysterium for forskere. Det nye arbeidet, publisert i Nature av en gruppe ledet av Alexander Goncharov fra Carnegie University, kaster lys over historien til denne utrolig viktige geologiske formasjonen.
Planeten vår ble dannet av det faste materialet som omringet solen i sin ungdom, og over tid senket det tetteste materialet, jern, sank dypere og dannet lagene vi kjenner i dag: kjernen, kappen, skorpen. For tiden er den indre kjernen solid jern sammen med andre materialer som har blitt strammet under lagleggingsprosessen. Den ytre kjernen er en legering av flytende jern, og dens bevegelse genererer et magnetfelt.
En dypere forståelse av hvordan varme ledes i den faste indre kjernen og den flytende ytre kjernen er nødvendig for å pusse sammen prosessene som har utviklet planeten vår og dens magnetfelt - og enda viktigere, energien som opprettholder et konstant magnetfelt. Men disse materialene eksisterer tilsynelatende bare under de mest ekstreme forhold: veldig høye temperaturer og veldig høyt trykk. Det viser seg at oppførselen deres vil være helt annerledes.
"Vi bestemte oss for at det ville være viktig å direkte måle varmeledningsevnen til kjernematerialer under forhold som samsvarer med kjernens," sier Goncharov. "Fordi vi selvfølgelig ikke kan komme oss til jordens kjerne og ta prøver for oss selv."
Forskere brukte et instrument kalt en diamantamboltcelle for å simulere forholdene til planetkjerne og studere hvordan jern leder varme under disse forholdene. Diamantamboltcellen komprimerer små prøver av materiale mellom to diamanter, og skaper ekstremt trykk fra jordens dyp i laboratoriet. Laseren varmer opp materialer til kjernetemperaturer.
Ved hjelp av et slikt "kjernelaboratorium" kunne et team av forskere studere prøver av jern ved temperaturer og trykk som finnes i planeter som varierer i størrelse fra kvikksølv til jorden - trykk fra 345 000 til 1,3 millioner normale atmosfærer og fra 1300 til 2700 grader Celsius - og forstå hvordan de leder varme.
Det ble funnet at varmeledningsevnen til slike jernprøver tilsvarer den nedre enden av foreløpige estimater av varmeledningsevnen til jordens kjerne - mellom 18 og 44 watt per meter per grad Kelvin, i enhetene som forskere bruker til å måle slike ting. Dette antyder at energien som kreves for å opprettholde en geodynamo alltid har vært tilgjengelig helt fra begynnelsen av jordens historie.
"For å bedre forstå kjernens varmeledningsevne, vil vi i fremtiden studere hvordan ikke-jernholdige materialer som ble trukket inn i kjernen sammen med synkende jern, påvirker termiske prosesser på planeten vår," sier Goncharov.
Kampanjevideo:
ILYA KHEL
