Zemljino magnetsko polje štiti nas od smrtonosnog kozmičkog zračenja, a bez njega, kao što znate, život ne bi mogao postojati. Kretanje tekućeg željeza u vanjskoj jezgri planeta, fenomen "geodinamo", generira ovo polje. Ali kako se pojavio i kako se zatim održavao tijekom čitave povijesti Zemlje, tajna je za znanstvenike. Novo djelo, koje je u časopisu Nature objavila grupa koju je vodio Alexander Goncharov sa Sveučilišta Carnegie, rasvjetljava povijest ove nevjerojatno važne geološke formacije.
Naš planet nastao je od čvrstog materijala koji je u mladosti okruživao Sunce, a s vremenom je najgušći materijal, željezo, tonuo, tonuo sve dublje, tvoreći slojeve koje danas poznajemo: jezgru, plašt, koru. Trenutno je unutarnja jezgra čvrsto željezo, zajedno s ostalim materijalima koji su zategnuti tijekom postupka nanošenja slojeva. Vanjska jezgra je slitina tekućeg željeza i njezino kretanje stvara magnetsko polje.
Potrebno je dublje razumijevanje načina provođenja topline u čvrstoj unutarnjoj i tekućoj vanjskoj jezgri kako bi se spojili procesi koji su evoluirali naš planet i njegovo magnetsko polje - i što je još važnije, energija koja održava konstantno magnetsko polje. Ali ti materijali očito postoje samo u najekstremnijim uvjetima: vrlo visokim temperaturama i vrlo visokim tlakovima. Ispada da će na površini njihovo ponašanje biti potpuno drugačije.
"Odlučili smo da bi bilo nužno izravno izmjeriti toplinsku vodljivost materijala jezgre pod uvjetima koji se podudaraju s onima jezgre", kaže Goncharov. "Jer, naravno, ne možemo doći do srži Zemlje i uzeti uzorke za sebe."
Znanstvenici su koristili instrument nazvan ćelija dijamantnog nakovnja kako bi simulirali uvjete planetarne jezgre i proučavali kako željezo provodi toplinu u tim uvjetima. Stanica dijamantnog nakovnja komprimira sitne uzorke materijala između dva dijamanta, stvarajući ekstremni pritisak iz dubina Zemlje u laboratoriju. Laser zagrijava materijale do nuklearnih temperatura.
Koristeći takav "nuklearni laboratorij", tim znanstvenika uspio je proučavati uzorke željeza na temperaturama i tlakovima koji se mogu naći unutar planeta u rasponu od Merkura do Zemlje - tlakovi od 345.000 do 1.3 milijuna normalnih atmosfera i od 1300 do 2700 Celzijevih stupnjeva - i razumjeti kako provode toplinu.
Utvrđeno je da toplinska vodljivost takvih uzoraka željeza odgovara donjem kraju preliminarnih procjena toplinske vodljivosti Zemljine jezgre - između 18 i 44 vata po metru po stupnju Kelvina, u jedinicama koje znanstvenici koriste za mjerenje takvih stvari. To sugerira da je energija potrebna za održavanje geodinama uvijek bila dostupna od samih početaka Zemljine povijesti.
"Kako bismo bolje razumjeli toplinsku vodljivost jezgre, u budućnosti ćemo proučavati kako obojeni materijali koji su uvučeni u jezgru zajedno sa tonerom željeza utječu na toplinske procese unutar našeg planeta", kaže Gončarov.
Promotivni video:
ILYA KHEL
