Zemské magnetické pole nás chrání před smrtícím kosmickým zářením a bez něj, jak víte, by život nemohl existovat. Pohyb tekutého železa ve vnějším jádru planety, fenomén „geodynamo“, generuje toto pole. Ale jak se to objevovalo a udržovalo po celou historii Země, je pro vědce záhadou. Nová práce publikovaná v Nature skupinou vedenou Alexandrem Goncharovem z Carnegie University vrhá světlo na historii této neuvěřitelně důležité geologické formace.
Naše planeta byla vytvořena z pevného materiálu, který obklopil Slunce v mládí, a v průběhu času se nejhustší materiál, železo, potopilo, potopilo hlouběji a vytvořilo vrstvy, které dnes známe: jádro, plášť, kůra. V současné době je vnitřní jádro z pevného železa spolu s dalšími materiály, které byly utaženy během procesu vrstvení. Vnější jádro je slitina tekutého železa a jeho pohyb generuje magnetické pole.
Je zapotřebí hlubší pochopení toho, jak se teplo vede v pevném vnitřním jádru a kapalném vnějším jádru, aby se spojily procesy, které vyvinuly naši planetu a její magnetické pole - a co je důležitější, energie, která udržuje konstantní magnetické pole. Ale tyto materiály zjevně existují pouze za nejextrémnějších podmínek: velmi vysokých teplot a velmi vysokých tlaků. Ukazuje se, že na povrchu bude jejich chování úplně jiné.
"Rozhodli jsme se, že bude bezpodmínečně nutné přímo měřit tepelnou vodivost materiálů jádra za podmínek, které odpovídají podmínkám jádra," říká Goncharov. „Protože se samozřejmě nemůžeme dostat k jádru Země a odebírat vzorky pro sebe.“
Vědci použili nástroj zvaný buňka diamantové kovadliny k simulaci podmínek planetárního jádra a studiu toho, jak železo za těchto podmínek vede teplo. Buňka diamantové kovadliny komprimuje drobné vzorky materiálu mezi dvěma diamanty a vytváří tak v laboratoři extrémní tlak z hlubin Země. Laser ohřívá materiály na nukleární teploty.
Pomocí takové „jaderné laboratoře“byl tým vědců schopen studovat vzorky železa při teplotách a tlacích, které lze nalézt uvnitř planet o velikosti od Merkuru po Zemi - tlaky od 345 000 do 1,3 milionu běžných atmosfér a od 1300 do 2700 stupňů Celsia - a pochopit, jak vedou teplo.
Bylo zjištěno, že tepelná vodivost takových vzorků železa odpovídá spodnímu konci předběžných odhadů tepelné vodivosti zemského jádra - mezi 18 a 44 watty na metr na stupeň Kelvina, v jednotkách, které vědci používají k měření takových věcí. To naznačuje, že energie potřebná k udržení geodyna byla vždy k dispozici od samého počátku historie Země.
"Abychom lépe porozuměli tepelné vodivosti jádra, v budoucnu budeme studovat, jak neželezné materiály, které byly taženy do jádra spolu s potápějícím se železem, ovlivňují tepelné procesy uvnitř naší planety," říká Goncharov.
Propagační video:
ILYA KHEL