Jądro Ziemi ma miliard lat

Nowe odkrycia naukowe potwierdzają, że solidne wewnętrzne jądro Ziemi ma zaledwie miliard lat.

Ziemia jest jak ciasto, ze stałą zewnętrzną skórką, gorącym, lepkim płaszczem, płynnym rdzeniem zewnętrznym i stałym rdzeniem wewnętrznym. Ten stały rdzeń wewnętrzny powoli rośnie, ponieważ płynne żelazo w rdzeniu ochładza się i krystalizuje. Proces ten pomaga napędzać ruch wirowy płynnego zewnętrznego jądra, co z kolei tworzy pole magnetyczne otaczające Ziemię i pomaga chronić planetę przed szkodliwym promieniowaniem kosmicznym.

Innymi słowy, wewnętrzny rdzeń jest bardzo ważny.

Ale niewiele wiadomo o historii tej żelaznej kuli o szerokości  2442 km. Szacunki jego wieku wahają się od pół miliarda lat do ponad 4 miliardów. Teraz naukowcy wcisnęli maleńki kawałek żelaza między dwa diamenty i wysadzili go laserami, aby uzyskać nowe oszacowanie od 1 miliarda do 1,3 miliarda lat – zakres dat, który pokrywa się z mierzalnym wzmocnieniem pola magnetycznego Ziemi, które miało miejsce w tym samym czasie.

„Ziemia jest wyjątkowa w naszym Układzie Słonecznym, ponieważ posiada pole magnetyczne i nadaje się do zamieszkania” – powiedział autor badania Jung-Fu Lin, geolog z University of Texas w Austin. „W końcu nasze wyniki mogą posłużyć do zastanowienia się, dlaczego inne planety w naszym Układzie Słonecznym nie mają pól magnetycznych”.

Dynamo magnetohydrodynamiczne

Ziemskie pole magnetyczne jest zasilane przez to, co naukowcy nazywają „dynamem magnetohydrodynamicznym”. To ruch bogatego w żelazo zewnętrznego jądra, które zamienia planetę w gigantyczny magnes. Dynamo jest odpowiedzialne za biegun północny i biegun południowy Ziemi oraz za niewidzialną tarczę magnetyzmu, która zatrzymuje naładowane cząstki wypływające ze słońca. W przeciwnym razie cząsteczki te powoli pozbawiłyby Ziemię atmosfery.

Część ruchu wewnętrznego rdzenia jest zasilana ciepłem, znanym jako źródło energii cieplnej. Gdy jądro Ziemi stopniowo się ochładza, krystalizuje się od wewnątrz. Ten proces krystalizacji uwalnia energię, która może dalej napędzać ruch nadal płynnego zewnętrznego rdzenia.

Lin i jego zespół chcieli wykorzystać dowody eksperymentalne, aby określić energię z każdego z tych źródeł. Znajomość ilości energii pozwoliłaby im oszacować wiek wewnętrznego rdzenia.

W tym celu naukowcy odtworzyli warunki rdzenia w niewielkiej skali. Podgrzali kawałek żelaza o grubości zaledwie 6 mikronów do temperatury 2727 stopni Celsjusza i ścisnęli próbkę między dwoma diamentami, aby dopasować się do ekstremalnych ciśnień panujących w jądrze Ziemi. Następnie zmierzyli przewodnictwo żelaza w tych warunkach.

Młody rdzeń

Ten pomiar przewodnictwa umożliwił naukowcom obliczenie chłodzenia termicznego rdzenia. Po obliczeniu ilości strat energii naukowcy mogli obliczyć wiek wewnętrznego jądra Ziemi. Znajomość tempa utraty energii pozwoliła określić, ile czasu zajmie uzyskanie stałej masy wielkości dzisiejszego jądra z kropli stopionego żelaza.

Wynik od 1 miliarda do 1,3 miliarda lat sugeruje, że jądro Ziemi jest „właściwie stosunkowo młode” – powiedział Lin.

W 2016 roku w czasopiśmie Nature opublikowano szacunki oparte na podobnych metodach, które określały wiek rdzenia na zaledwie 700 miliardów lat. Lin powiedział, że w nowym eksperymencie zastosowano bardziej niezawodne sposoby radzenia sobie z ciśnieniami i temperaturami panującymi w rdzeniu, co sprawia, że ​​młodsze oszacowanie jest mało prawdopodobne.

Wciąż istnieją pytania dotyczące sposobu, w jaki ciepło porusza się w rdzeniu, powiedział Lin. W przeciwieństwie do badanej próbki, rdzeń to nie tylko żelazo – zawiera również lżejsze pierwiastki, takie jak węgiel, wodór, tlen, krzem i siarka. Ale proporcje tych lekkich pierwiastków są nieznane, co utrudnia ustalenie, jak zmieniają przewodnictwo wewnętrznego rdzenia.

„Próbujemy zrozumieć, jak istnienie tych lekkich pierwiastków wpłynęłoby w rzeczywistości na właściwości transportu termicznego żelaza w warunkach tak wysokiego ciśnienia i temperatury” – powiedział Lin.

 

Źródła: Stephanie Pappas

Experimental determination of the electrical resistivity of iron at Earth’s core conditions

Palaeomagnetic field intensity variations suggest Mesoproterozoic inner-core nucleation

Reconciliation of Experiments and Theory on Transport Properties of Iron and the Geodynamo

Zdjęcia: Gettyimages

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x