Neatkarīgi no tā, vai planētai ir vai nav magnētiskais lauks, ir tāls ceļš, lai noteiktu, vai tā ir apdzīvojama. Kamēr Zemei ir spēcīga magnetosfēra, kas aizsargā dzīvību no kaitīga starojuma un neļauj saules vējam noņemt atmosfēru, planētas, piemēram, Marsa, vairs nedara. Tāpēc no pasaules, kurā ir biezāka atmosfēra un šķidrs ūdens uz tās virsmas, tā pārgāja uz auksto, izkaltošo vietu, kāda tā ir šodien.
Šī iemesla dēļ zinātnieki ilgi meklēja, lai saprastu, kāds spēks ir Zemes magnētiskajam laukam. Līdz šim vienprātība bija tāda, ka tas bija dinamo efekts, ko radīja Zemes šķidrā ārējā serde, kas griežas Zemes rotācijas pretējā virzienā. Tomēr jaunie Tokijas Tehnoloģiju institūta pētījumi liecina, ka tas patiesībā varētu būt saistīts ar kristalizācijas klātbūtni Zemes kodolā.
Pētījumu veica Tokyo Tech Zemes dzīvības zinātnes institūta (ELSI) zinātnieki. Saskaņā ar viņu pētījumu ar nosaukumu “Silīcija dioksīda kristalizācija un zemes kodola evolūcija”, kas nesen parādījās Daba - enerģijai, kas virza Zemes magnētisko lauku, iespējams, ir vairāk sakara ar Zemes kodola ķīmisko sastāvu.
Pētnieku komandai īpašas bažas izraisīja Zemes kodola atdzišanas ātrums ģeoloģiskā laika posmā - par kuru jau kādu laiku tiek diskutēts. Un Kei Hirose - Zemes zinātnes institūta direktorei un galvenajam autoram uz papīra - tas ir bijis kaut kas visu mūžu. 2013. gada pētījumā viņš dalījās ar pētījumu rezultātiem, kas norādīja, kā Zemes kodols varētu būt atdzisis daudz nozīmīgāk, nekā tika domāts iepriekš.
Viņš un viņa komanda secināja, ka kopš Zemes veidošanās (pirms 4,5 miljardiem gadu) kodols varētu būt atdzisis pat līdz 1000 ° C (1,832 ° F). Šie atradumi bija diezgan pārsteidzoši Zemes zinātņu sabiedrībai - tie noveda pie tā, ko viens zinātnieks sauca par “jauno galvenā siltuma paradoksu”. Īsāk sakot, šis serdes atdzišanas ātrums nozīmētu, ka Zemes ģeomagnētiskā lauka uzturēšanai būs nepieciešams kāds cits enerģijas avots.
Papildus tam un saistībā ar kodola dzesēšanas jautājumu bija daži neatrisināti jautājumi par serdes ķīmisko sastāvu. Kā doktors Kei Hirose sacīja Tokyo Tech paziņojumā presei:
“Kodols lielākoties ir dzelzs un nedaudz niķeļa, bet satur arī apmēram 10% vieglo sakausējumu, piemēram, silīciju, skābekli, sēru, oglekli, ūdeņradi un citus savienojumus. Mēs domājam, ka vienlaicīgi atrodas daudzi sakausējumi, bet mēs nezinām katra kandidāta elementa proporciju. ”
Lai to atrisinātu, Hirose un viņa kolēģi ELSI veica virkni eksperimentu, kuros dažādi sakausējumi tika pakļauti siltuma un spiediena apstākļiem, kas bija līdzīgi tiem, kas atrodas Zemes iekšienē. Tas sastāvēja no dimanta laktas izmantošanas, lai izspiestu putekļu lieluma sakausējumu paraugus, lai modelētu augsta spiediena apstākļus, un pēc tam tos karsēja ar lāzera staru, līdz tie sasniedza ārkārtēju temperatūru.
Agrāk pētījumos par dzelzs sakausējumiem kodolā galvenā uzmanība tika pievērsta dzelzs-silīcija sakausējumiem vai dzelzs oksīdam ar augstu spiedienu. Bet savu eksperimentu dēļ Hirose un viņa kolēģi nolēma pievērsties silīcija un skābekļa kombinācijai - kas, domājams, pastāv ārējā kodolā - un rezultātu pārbaudei ar elektronu mikroskopu.
Pētnieki atklāja, ka ārkārtēja spiediena un karstuma apstākļos silīcija un skābekļa paraugi ir apvienoti, veidojot silīcija dioksīda kristālus - pēc sastāva līdzīgi minerālu kvarcam, kas atrodams Zemes garozā. Ergo, pētījums parādīja, ka silīcija dioksīda kristalizācija ārējā kodolā būtu atbrīvojusi pietiekamu peldspēju, lai darbinātu serdes konvekciju, un dinamo efektu, sākot ar Hādas eonu.
Kā skaidroja ELSI loceklis un pētījuma līdzautors Džons Hernlunds:
Šis rezultāts izrādījās svarīgs, lai izprastu kodola enerģētiku un evolūciju. Mēs bijām satraukti, jo mūsu aprēķini parādīja, ka silīcija dioksīda kristālu izkristalizēšanās no serdes varētu sniegt milzīgu jaunu enerģijas avotu Zemes magnētiskā lauka barošanai. ”
Šis pētījums ne tikai sniedz pierādījumus, kas palīdz atrisināt tā dēvēto “jauno galvenā siltuma paradoksu”, bet arī var palīdzēt uzlabot mūsu izpratni par to, kādi apstākļi bija Zemes un agrīnās Saules sistēmas veidošanās laikā. Būtībā, ja silīcijs un skābeklis laika gaitā veido silīcija dioksīda kristālu ārējā kodolā, tad agrāk vai vēlāk process apstāsies, kad kodols iztecēs no šiem elementiem.
Kad tas notiks, mēs varam sagaidīt, ka cietīs Zemes magnētiskais lauks, kas krasi ietekmēs dzīvi uz Zemes. Tas arī palīdz ierobežot silīcija un skābekļa koncentrācijas, kas atradās kodolā, kad Zeme pirmo reizi izveidojās, un tas varētu būt tāls ceļš, lai informētu mūsu teorijas par Saules sistēmas veidošanos.
Turklāt šis pētījums var palīdzēt ģeofiziķiem noteikt, kā un kad citām planētām (piemēram, Marsam, Venērai un Merkuram) joprojām bija magnētiskie lauki (un, iespējams, rodas idejas par to, kā tās varētu atkal ieslēgt). Tas varētu pat palīdzēt eksoplanētu medību zinātnes grupām noteikt, kurām eksoplanetām ir magnetoferes, kas ļautu mums uzzināt, kuras ārpussaules pasaules varētu būt apdzīvojamas.
