Изчислиха приблизителната възраст на вътрешното ядро на Земята
В някакъв миг от историята на Земята нейното напълно течно желязно ядро се е охладило и е образувало твърдата топка в центъра на планетата. Днес ядрото се стои от твърдо желязно ядро, обградено от външен слой от разтопено желязо. На учените обаче им е относително мъчно да дефинират точния миг, в който това се е случило.
Изчисленията варират от 4.5 милиарда години (възрастта на самата Земя) до 565 млн. години. Сега ново проучване съумя да стеснят малко този времеви интервал. Според нови данни, получени в лабораторни опити, които основават условия, сходни с тези в планетарното ядро, вътрешното ядро би трябвало да се е образувало някъде преди 1 милиарда и 1.3 милиарда години.
Това от своя страна ще ни помогне да определим приблизителната възраст на геодинамото, което зарежда магнитно поле към Земята. Това магнитно поле способства за удобните условия за живот на планетата, защото пречи на слънчевия вятър да отвее атмосферата.
Ето за какво не е изненадващо, че учените са извънредно заинтригувани от произхода на вътрешното ядро, както и от метода, по който то се поддържа.
Геодинамото се основава от циркулацията на желязото във външния слой, която е разследване от конвекция, захранвана от два механизма. От една страна, имаме топлинна конвекция, генерирана от температурните вариации. Това може да се случи в едно изцяло течно ядро. От друга, налична е и композиционна конвекция, при която по-леките детайли, освободени в покрайнините на твърдото ядро, се изкачват до течния слой и основават придвижване.
И в двата случая тази течност основава електрически течения, които зареждат ядрото и го трансформират в великански електромагнит. И готово! Получаваме магнитно поле. В момента и двата типа конвекции са налични в земното ядро – и двете способстват с идентична степен за образуването на геодинамото.
Преди обаче твърдото ядро да се кристализира, е съществувала само топлинна конвекция. Сама по себе си тя може да генерира геодинамо, само че с цел да се поддържа милиарди години наред, желязото би трябвало да е извънредно горещо, което е нереалистичен сюжет.
За да се поддържат толкоз високи температури, топлинната проводимост на желязото (т.е. способността му да води топлината ефективно) би трябвало да е висока. Ето за какво екипът взема решение да изследва по-подробно топлинната проводимост на желязо под налягане и при температури, близки на тези в ядрото.
За тази цел те взимат желязо, нагорещяват го благодарение на лазери и го смачкват на диамантена наковалня. Звучи елементарно, само че в действителност са били голям брой опити в продължение на над 2 години. Най-накрая екипът съумява да пресметна електричната и термалната проводимост на тестът желязо под налягане от 170 гигапаскала (т.е. 170 млн. пъти повече от атмосферното налягане на морското равнище) и температура от 3000 градуса по Келвин.
Налягането във външното ядро варира от 135 до 330 гигапаскала от външната граница до границата на вътрешното ядро, а температурата там е от 4000 до 5000 градуса по Келвин. Смята се, че вътрешното ядро доближава над 6000 градуса по Келвин (но желязото се втърдява под мощното налягане).
Когато учените пресмятат проводимостта на тестът, те откриват, че тя е 30-50 % по-ниска, в сравнение с би трябвало да е при горна граница на възрастта му 565 млн. години. Именно по този метод те съумяват да стеснят интервала, в границите на който вътрешното ядро на Земята се е втвърдило. Интересното в тази ситуация е, че той съответствува с смяна в магнитното поле на Земята. Подредбата на магнитните материали в скалите, датирани отпреди 1.5 милиарда години, демонстрират, че се вижда нарастване на силата на магнитното поле по това време (както и би трябвало за интервала на кристализация на вътрешното ядро). Подобно нарастване обаче е видяно и преди 565 млн. години. Ако вътрешното ядро се е кристализирало по-рано, това значи, че към момента не знаем какво се е случило със Земята преди 565 млн. години.
Изследването е оповестено в Physical Review Letters .
