Есть ли у планеты магнитное поле, имеет большое значение для определения, пригодно ли оно для обитания. В то время как Земля обладает сильной магнитосферой, которая защищает жизнь от вредного излучения и не дает солнечному ветру разрушать ее атмосферу, планеты, как Марс, больше не делают. Следовательно, почему он превратился из мира с более плотной атмосферой и жидкой водой на его поверхность в холодное, высушенное место, которым он является сегодня.
По этой причине ученые долго стремились понять, что питает магнитное поле Земли. До сих пор было единодушно, что это был динамо-эффект, создаваемый жидким внешним ядром Земли, вращающимся в противоположном направлении вращения Земли. Однако новые исследования Токийского технологического института показывают, что это может быть связано с наличием кристаллизации в ядре Земли.
Исследование было проведено учеными из Института наук о Земле и жизни (ELSI) в Токийской Технологии. Согласно их исследованию под названием «Кристаллизация диоксида кремния и эволюция состава ядра Земли», которое появилось недавно в Природа - энергия, которая управляет магнитным полем Земли, может иметь больше общего с химическим составом ядра Земли.
Особую озабоченность для исследовательской группы вызвала скорость охлаждения ядра Земли в течение геологического времени, что уже давно является предметом дискуссий. А для доктора Кей Хиросе - директора Института наук о Земле и жизни и ведущего автора статьи - это было чем-то вроде пожизненного занятия. В исследовании 2013 года он поделился результатами исследований, которые показали, что ядро Земли могло охладиться более значительно, чем считалось ранее.
Он и его команда пришли к выводу, что с момента образования Земли (4,5 миллиарда лет назад) ядро могло охлаждаться на целых 1000 ° C (1832 ° F). Эти результаты были довольно неожиданными для сообщества наук о Земле, что привело к тому, что один из ученых назвал «Парадоксом новой основной температуры». Короче говоря, такая скорость охлаждения активной зоны будет означать, что для поддержания геомагнитного поля Земли потребуется другой источник энергии.
Помимо этого и в связи с проблемой охлаждения активной зоны, были некоторые нерешенные вопросы о химическом составе активной зоны. Как сказал доктор Кей Хиросе в пресс-релизе Tokyo Tech:
«Ядро в основном железо и немного никеля, но также содержит около 10% легких сплавов, таких как кремний, кислород, сера, углерод, водород и другие соединения. Мы думаем, что одновременно присутствует много сплавов, но мы не знаем пропорции каждого элемента-кандидата ».
Чтобы решить эту проблему, Хирос и его коллеги из ELSI провели серию экспериментов, в которых различные сплавы подвергались воздействию температуры и давления, аналогичным тем, которые существуют внутри Земли. Это состояло из использования алмазной наковальни для сжатия образцов сплава размером с пыль для имитации условий высокого давления, а затем нагревания их лазерным лучом до тех пор, пока они не достигнут экстремальных температур.
В прошлом исследования железных сплавов в ядре были сосредоточены преимущественно на железо-кремниевых сплавах или на оксиде железа при высоких давлениях. Но ради своих экспериментов Хирос и его коллеги решили сосредоточиться на комбинации кремния и кислорода - которые, как полагают, существуют во внешнем ядре - и на исследовании результатов с помощью электронного микроскопа.
Исследователи обнаружили, что в условиях экстремального давления и тепла образцы кремния и кислорода объединяются в кристаллы диоксида кремния, которые по составу аналогичны минеральному кварцу, найденному в земной коре. Следовательно, исследование показало, что кристаллизация диоксида кремния во внешнем ядре высвободит достаточно плавучести, чтобы привести в действие конвекцию ядра и эффект динамо с самого начала Хадейского века.
Джон Хернлунд, также член ELSI и соавтор исследования, объяснил:
«Этот результат оказался важным для понимания энергетики и эволюции ядра. Мы были взволнованы, потому что наши расчеты показали, что кристаллизация кристаллов диоксида кремния из ядра может обеспечить огромный новый источник энергии для питания магнитного поля Земли ».
Это исследование не только предоставляет доказательства, помогающие разрешить так называемый «новый парадокс высокой температуры ядра», но также может помочь нам лучше понять, какими были условия во время формирования Земли и ранней Солнечной системы. В основном, если кремний и кислород образуют кристалл диоксида кремния во внешнем ядре с течением времени, то рано или поздно процесс остановится, когда в ядре закончатся эти элементы.
Когда это произойдет, мы можем ожидать, что магнитное поле Земли пострадает, что будет иметь серьезные последствия для жизни на Земле. Это также помогает наложить ограничения на концентрации кремния и кислорода, которые присутствовали в ядре, когда Земля впервые сформировалась, что может иметь большое значение для информирования наших теорий о формировании Солнечной системы.
Более того, это исследование может помочь геофизикам определить, как и когда другие планеты (такие как Марс, Венера и Меркурий) все еще имели магнитные поля (и, возможно, приводят к представлениям о том, как их можно снова включить). Это может даже помочь научным командам, занимающимся охотой на экзопланет, определить, какие экзопланеты имеют магнитосферы, что позволило бы нам выяснить, какие внезолнечные миры могут быть обитаемыми.
