Jordens magnetfält skyddar oss från dödlig kosmisk strålning, och utan det, som ni vet, kunde livet inte existera. Rörelsen av flytande järn i den yttre kärnan på planeten, "geodynamo" -fenomenet, genererar detta fält. Men hur det framkom och sedan bibehölls genom hela jordens historia är ett mysterium för forskare. Ett nytt papper publicerat i Nature av en grupp ledd av Alexander Goncharov från Carnegie University belyser historien om denna otroligt viktiga geologiska formation.
Vår planet bildades av det fasta materialet som omgav solen i sin ungdom, och med tiden sjönk det tätaste materialet, järn, djupare och bildade de lager vi känner idag: kärnan, manteln, skorpan. För närvarande är den inre kärnan massivt järn tillsammans med andra material som har dragits åt under skiktningsprocessen. Den yttre kärnan är en legering av flytande järn, och dess rörelse genererar ett magnetfält.
En djupare förståelse för hur värme leds i den fasta inre kärnan och den flytande yttre kärnan behövs för att sammanföra de processer som har utvecklat vår planet och dess magnetfält - och, ännu viktigare, energin som upprätthåller ett konstant magnetfält. Men dessa material existerar uppenbarligen bara under de mest extrema förhållandena: mycket höga temperaturer och mycket höga tryck. Det visar sig att på ytan kommer deras beteende att vara helt annorlunda.
"Vi bestämde oss för att det är absolut nödvändigt att direkt mäta värmeledningsförmågan hos kärnmaterial under förhållanden som matchar kärnans," säger Goncharov. "För att vi naturligtvis inte kan komma till jordens kärna och ta prover för oss själva."
Forskarna använde ett instrument som kallas en diamantambolcell för att simulera förhållandena i planetkärnan och studera hur järn leder värme under dessa förhållanden. Diamantstädcellen komprimerar små materialprover mellan två diamanter, vilket skapar extremt tryck från jordens djup i laboratoriet. Lasern värmer upp material till kärnkraftstemperaturer.
Med hjälp av ett sådant "kärnlaboratorium" kunde ett forskargrupp studera järnprover vid temperaturer och tryck som finns i planeter som sträcker sig i storlek från kvicksilver till jorden - tryck från 345 000 till 1,3 miljoner normala atmosfärer och från 1300 till 2700 grader Celsius - och förstå hur de leder värme.
Det visade sig att värmeledningsförmågan hos sådana järnprover motsvarar den nedre änden av preliminära uppskattningar av jordens kärnans värmeledningsförmåga - mellan 18 och 44 watt per meter per grad Kelvin, i de enheter som forskare använder för att mäta sådana saker. Detta antyder att den energi som krävs för att upprätthålla en geodynamo alltid har varit tillgänglig från början av jordens historia.
"För att bättre förstå kärnans värmeledningsförmåga kommer vi i framtiden att studera hur icke-järnhaltiga material som drogs in i kärnan tillsammans med sjunkande järn påverkar termiska processer på vår planet", säger Goncharov.
Kampanjvideo:
ILYA KHEL