Het magnetisch veld van de aarde beschermt ons tegen dodelijke kosmische straling, en zonder dat, zoals je weet, zou er geen leven kunnen bestaan. De beweging van vloeibaar ijzer in de buitenste kern van de planeet, het "geodynamo" -fenomeen, genereert dit veld. Maar hoe het verscheen en vervolgens werd gehandhaafd gedurende de hele geschiedenis van de aarde, is een mysterie voor wetenschappers. Een nieuw werk dat in Nature is gepubliceerd door een groep onder leiding van Alexander Goncharov van Carnegie University, werpt licht op de geschiedenis van deze ongelooflijk belangrijke geologische formatie.
Onze planeet werd gevormd uit het vaste materiaal dat de zon in zijn jeugd omringde, en na verloop van tijd zonk het dichtste materiaal, ijzer, dieper en vormde het de lagen die we vandaag kennen: de kern, de mantel, de korst. Momenteel is de binnenkern van massief ijzer samen met andere materialen die tijdens het laagjesproces zijn aangedraaid. De buitenste kern is een legering van vloeibaar ijzer en de beweging ervan genereert een magnetisch veld.
Een beter begrip van hoe warmte wordt geleid in de vaste binnenkern en de vloeibare buitenkern is nodig om de processen samen te brengen die onze planeet en zijn magnetisch veld hebben ontwikkeld - en nog belangrijker, de energie die een constant magnetisch veld handhaaft. Maar deze materialen bestaan blijkbaar alleen onder de meest extreme omstandigheden: zeer hoge temperaturen en zeer hoge drukken. Het blijkt dat hun gedrag aan de oppervlakte totaal anders zal zijn.
"We besloten dat het absoluut noodzakelijk zou zijn om de thermische geleidbaarheid van kernmaterialen direct te meten onder omstandigheden die overeenkomen met die van de kern", zegt Goncharov. 'Omdat we natuurlijk niet tot de kern van de aarde kunnen komen en zelf monsters kunnen nemen.'
De wetenschappers gebruikten een instrument genaamd een diamanten aambeeldcel om de omstandigheden van de planetaire kern te simuleren en te bestuderen hoe ijzer onder die omstandigheden warmte geleidt. De diamanten aambeeldcel comprimeert kleine materiaalmonsters tussen twee diamanten, waardoor extreme druk ontstaat vanuit de diepten van de aarde in het laboratorium. De laser verwarmt materialen tot nucleaire temperaturen.
Met behulp van een dergelijk "nucleair laboratorium" was een team van wetenschappers in staat om monsters van ijzer te bestuderen bij temperaturen en drukken die te vinden zijn in planeten variërend van Mercurius tot de aarde - drukken van 345.000 tot 1,3 miljoen normale atmosfeer en van 1300 tot 2700 graden Celsius - en begrijp hoe ze warmte geleiden.
Er werd vastgesteld dat de thermische geleidbaarheid van dergelijke ijzermonsters overeenkomt met de onderkant van voorlopige schattingen van de thermische geleidbaarheid van de kern van de aarde - tussen 18 en 44 watt per meter per graad Kelvin, in de eenheden die wetenschappers gebruiken om dergelijke dingen te meten. Dit suggereert dat de energie die nodig is om een geodynamo in stand te houden altijd beschikbaar is geweest vanaf het allereerste begin van de geschiedenis van de aarde.
"Om de thermische geleidbaarheid van de kern beter te begrijpen, zullen we in de toekomst bestuderen hoe non-ferro materialen die samen met zinkend ijzer in de kern werden getrokken, de thermische processen op onze planeet beïnvloeden", zegt Goncharov.
Promotie video:
ILYA KHEL
