Незалежно від того, має планета магнітне поле чи ні, йде довгий шлях до визначення того, чи він є придатним для проживання. У той час як Земля має сильну магнітосферу, яка захищає життя від шкідливого випромінювання і не дає сонячному вітру відбирати його атмосферу, планети, як Марс, більше не роблять. Звідси він пішов від світу з густішою атмосферою та рідкою водою на його поверхні, до холодного, осушеного місця, яке воно є сьогодні.
З цієї причини вчені давно прагнули зрозуміти, на що впливає магнітне поле Землі. До цих пір єдиною думкою було те, що це був ефект динамо, створений рідким зовнішнім ядром Землі, що обертається у зворотному напрямку обертання Землі. Однак нові дослідження Токійського технологічного інституту свідчать, що це насправді може бути пов'язано з наявністю кристалізації в ядрі Землі.
Дослідження проводили вчені з Інституту науки про земне життя (ELSI) компанії Tokyo Tech. Згідно з їх дослідженням - «Кристалізація діоксиду кремнію та композиційна еволюція ядра Землі», що з’явилося нещодавно в Природа - енергія, яка рухає магнітне поле Землі, може мати більше спільного з хімічним складом земного ядра.
Особливу стурбованість дослідницької групи викликала швидкість охолодження ядра Землі протягом геологічного часу - що вже певний час є предметом дискусій. А для доктора Кей Хіроуза - директора Інституту науки про земне життя та головного автора цього документу - це було щось ціле життя. У своєму дослідженні 2013 року він поділився результатами досліджень, які вказували на те, як ядро Землі могло охолонути значно значно, ніж вважалося раніше.
Він і його команда дійшли висновку, що з моменту утворення Землі (4,5 мільярда років тому) ядро могло охолонути на цілих 1000 ° C (1832 ° F). Ці висновки були досить несподіваними для спільноти наук про Землю - привели до того, що один з учених назвав «Новим основним парадоксальним теплом». Коротше кажучи, така швидкість охолодження ядра означатиме, що для підтримання геомагнітного поля Землі знадобиться якесь інше джерело енергії.
На додаток до цього, що стосується питання охолодження ядра, були деякі невирішені питання щодо хімічного складу серцевини. Як сказав доктор Кей Хіроуз у прес-релізі Tokyo Tech:
«Ядро - це переважно залізо та деякі нікелі, але також містить близько 10% легких сплавів, таких як кремній, кисень, сірка, вуглець, водень та інші сполуки. Ми вважаємо, що багато сплавів одночасно присутні, але ми не знаємо частку кожного елемента-кандидата ».
Для того, щоб вирішити це, Хіроуз та його колеги з ELSI провели ряд експериментів, коли різні сплави піддавались нагріванню та тиску, подібному до внутрішнього середовища Землі. Це полягало у використанні алмазного ковадла для видавлювання зразків сплаву розміру пилу для імітації умов високого тиску, а потім нагрівання їх лазерним променем до досягнення екстремальних температур.
У минулому дослідження сплавів заліза в ядрі були зосереджені переважно на залізо-кремнієвих сплавах або на оксиді заліза під високим тиском. Але заради своїх експериментів Хіроуз та його колеги вирішили зосередитись на поєднанні кремнію та кисню, які, як вважають, існують у зовнішньому ядрі, - та вивчивши результати за допомогою електронного мікроскопа.
Дослідники виявили, що в умовах екстремального тиску та нагрівання зразки кремнію та кисню об'єднуються, утворюючи кристали діоксиду кремнію, які за своїм складом були схожі на мінеральний кварц, виявлений у земній корі. Ерго, дослідження показало, що кристалізація діоксиду кремнію у зовнішньому ядрі дозволить вивільнити достатню плавучість для конвекції живлення та динамо-ефекту вже з епохи Хадея.
Як пояснив Джон Ернлунд, також член ELSI та співавтор дослідження:
«Цей результат виявився важливим для розуміння енергії та еволюції ядра. Ми були схвильовані, тому що наші розрахунки показали, що кристалізація кристалів діоксиду кремнію з ядра може забезпечити надзвичайно нове джерело енергії для живлення магнітного поля Землі ».
Це дослідження не тільки надає докази, які допомагають вирішити так званий «новий основний парадокс тепла», але також може допомогти просунути наше розуміння того, якими були умови під час формування Землі та ранньої Сонячної системи. В основному, якщо кремній і кисень з часом утворюють кристал діоксиду кремнію у зовнішньому ядрі, то рано чи пізно процес припиниться, коли в цих ядрах вичерпається серцевина.
Коли це станеться, ми можемо очікувати, що магнітне поле Землі постраждає, що матиме кардинальні наслідки для життя на Землі. Це також допомагає обмежити концентрації кремнію та кисню, які були в ядрі при першому формуванні Землі, що може пройти довгий шлях до інформування наших теорій про формування Сонячної системи.
Більше того, це дослідження може допомогти геофізикам визначити, як і коли інші планети (такі як Марс, Венера та Меркурій) все ще мали магнітні поля (і, можливо, приведуть до уявлень про те, як вони могли бути знову включені). Це навіть може допомогти науково-дослідним командам, що охоплюють екзопланети, визначити, які екзопланети мають магнітосфери, що дозволило б нам з’ясувати, які позасонячні світи можуть бути заселені.
