Jądro Ziemi zastygło wcześniej niż dotąd sądzono. Nowe badanie

Dziś ową żelazną kulę stanowiącą jądro otacza płaszcz płynnego metalu. Razem tworzą gigantyczne geodynamo zasilające pole magnetyczne wokół Ziemi, które chroni przed zabójczymi wiatrami słonecznymi i pozwala przetrwać życiu na powierzchni.

Taka przynajmniej jest hipoteza zaproponowana przez Edwarda Bullarda. Teoria o ”samowzbudnym dynamie” generującym pole magnetyczne Ziemi na skutek wirowych prądów elektrycznych płynących w płynnym jądrze Ziemi cieszy się dziś największą popularnością i została matematycznie potwierdzona z pomocą modelu dynama magnetohydrodynamicznego.

Wiek owego geodynama udało się zbadać naukowcom z Uniwersytetu Teksasu w Austin. – Ludzie są niezwykle ciekawi w jaki sposób powstało i skąd bierze się siła pola magnetycznego. W końcu od tego zależy nasze istnienie na Ziemi – zauważył Jung-Fu Lin w informacji prasowej.

Geodynamo zasilają, tak się obecnie sądzi, prądy konwekcyjne w płynnym jądrze Ziemi. Założenie jest następujące: w prądach tych ruch obrotowy Ziemi poprzez efekt (siłę) Coriolisa wywołuje wiry działające na tej zasadzie co jednobiegunowy generator Faradaya. Wytwarzają w ten sposób prąd elektryczny, który z kolei wytwarza pole magnetyczne.

Co zatem stało się miliardy lat temu? Żeby cofnąć się tak daleko w czasie konieczne było odtworzenie w laboratorium warunków panujących w sercu planety. Spróbowano dowiedzieć się, jakim sposobem przez tak długi okres płynne żelazo pozostawało wystarczająco gorące, by podtrzymać prądy konwekcyjne a w efekcie – zasilanie geodynama.

Kluczem do zagadki, jak uznali naukowcy, jest bliższe przyjrzenie się przewodnictwu cieplnemu żelaza pod różnymi ciśnieniem a w temperaturze zbliżonej do tej w jądrze Ziemi. W tym celu próbkę metalu podgrzano laserem i ściśnięto diamentowym imadłem.

Próbowano długo na różne sposoby. W sumie zajęło to aż dwa lata. W końcu udało się przeprowadzić skuteczny pomiar przy 170 gigapaskalach (ciśnienie 170 mln razy większe niż atmosferyczne na poziomie morza) i w temperaturze 3000 Kelvinów (2726 C.).

Ciśnienie w zewnętrznym płaszczu jądra waha się od 135 do 330 gigapaskali, a temperatury od 4 tys. do 5 tys. Kelvinów. W samym jądrze sięga ona 6000 Kelvinów, ale żelazo pod olbrzymim ciśnieniem zmienia się w ciało stałe.

Gdy zmierzono przewodnictwo próbki w przyjętych warunkach okazało się, że jest 30 do 50 proc. niższe, niż gdyby faktycznie zestalenie płynnego jądra miało nastąpić 565 mln lat temu. Mogąc narzucić wyższy limit przewodnictwa cieplnego żelaza naukowcy automatycznie mogli też poprawić szacunki dotyczące wieku wewnętrznego jądra planety.

- Właściwie, kiedy już się wie jak dużo ciepła przechodzi z zewnętrznego płaszcza jądra do środka, można policzyć czas potrzebny Ziemi by ostygła wystarczająco, żeby w jądrze wewnętrznym nastąpiła krystalizacja – stwierdził Lin.

Linia czasu uzyskana przez naukowców z Teksasu pasuje dość dobrze do zmiany w polu magnetycznym Ziemi. Zwiększenie siły pola widać dość dobrze po zmianie ułożenia ferromagnetycznych minerałów jak magnetyt, hematyt czy pirotyn w skałach. A widać takie zjawisko w warstwach mających od 1 do 1,5 mld lat.

Sęk w tym, że odnajduje się (sugerowane zmianą ułożenia minerałów) także ślady późniejszego zwiększenia siły pola, owe 565 mln lat temu. Nie wiadomo jedynie co je spowodowało.