Indiferent dacă o planetă are sau nu un câmp magnetic merge mult spre a determina dacă este sau nu locuibilă. În timp ce Pământul are o magnetosferă puternică care protejează viața împotriva radiațiilor dăunătoare și împiedică vântul solar de a se îndepărta de atmosfera sa, planeta ca Marte nu mai face. De aceea a trecut de la a fi o lume cu o atmosferă mai groasă și apă lichidă pe suprafața sa la locul rece, desicat, în care este astăzi.
Din acest motiv, oamenii de știință au căutat mult timp să înțeleagă ce puteri este câmpul magnetic al Pământului. Până acum, consensul a fost că acesta a fost efectul dinamic creat de miezul exterior lichid al Pământului care se învârte în direcția opusă rotirii Pământului. Cu toate acestea, noile cercetări ale Institutului de Tehnologie din Tokyo sugerează că se poate datora efectiv prezenței cristalizării în miezul Pământului.
Cercetarea a fost realizată de oameni de știință de la Earth-Life Science Institute (ELSI) de la Tokyo Tech. Conform studiului lor - intitulat „Cristalizarea dioxidului de siliciu și evoluția compozițională a miezului pământului”, apărut recent în Natură - energia care conduce câmpul magnetic al Pământului poate avea mai mult în comun cu compoziția chimică a nucleului Pământului.
O preocupare deosebită pentru echipa de cercetare a fost ritmul în care nucleul Pământului se răcește în timp geologic - care a fost subiect de dezbatere de ceva vreme. Și pentru Dr. Kei Hirose - directorul Earth-Life Science Institute și autorul principal pe hârtie - a fost ceva de-a lungul vieții. Într-un studiu din 2013, el a împărtășit rezultatele cercetărilor care au indicat modul în care nucleul Pământului s-ar fi putut răci mai semnificativ decât se credea anterior.
El și echipa sa au concluzionat că, de la formarea Pământului (acum 4,5 miliarde de ani), miezul s-ar fi putut răci cu până la 1.000 ° C (1.832 ° F). Aceste descoperiri au fost destul de surprinzătoare pentru comunitatea de științe a Pământului - ceea ce a dus la ceea ce un om de știință a numit „Noul nucleu de căldură”. Pe scurt, această rată de răcire a miezului ar însemna că o altă sursă de energie ar fi necesară pentru a susține câmpul geomagnetic al Pământului.
În plus, și legate de problema răcirii miezului, au fost câteva întrebări nerezolvate cu privire la compoziția chimică a miezului. După cum a spus dr. Kei Hirose într-un comunicat de presă Tokyo Tech:
„Miezul este în principal fier și unele nichel, dar conține și aproximativ 10% din aliaje ușoare, cum ar fi siliciu, oxigen, sulf, carbon, hidrogen și alți compuși. Credem că multe aliaje sunt simultan prezente, dar nu știm proporția fiecărui element candidat. "
Pentru a rezolva acest lucru, Hirose și colegii săi de la ELSI au efectuat o serie de experimente în care diverse aliaje au fost supuse condițiilor de căldură și presiune similare cu cele din interiorul Pământului. Aceasta a constat în utilizarea unei nicovale de diamant pentru a stoarce probe de aliaj de dimensiuni de praf pentru a simula condițiile de presiune ridicată, apoi încălzirea lor cu un fascicul laser până când au atins temperaturi extreme.
În trecut, cercetările privind aliajele de fier din nucleu s-au concentrat, în principal, pe aliaje de fier-siliciu sau oxid de fier la presiuni mari. Dar, de dragul experimentelor lor, Hirose și colegii săi au decis să se concentreze pe combinația de siliciu și oxigen - despre care se crede că există în miezul exterior - și să examineze rezultatele cu un microscop electronic.
Ceea ce au descoperit cercetătorii a fost că în condiții de presiune extremă și căldură, probe de siliciu și oxigen combinate pentru a forma cristale de dioxid de siliciu - care au o compoziție similară cu cuarțul mineral găsit în scoarța terestră. Ergo, studiul a arătat că cristalizarea dioxidului de siliciu în miezul exterior ar fi eliberat suficientă flotabilitate pentru convecția miezului de putere și un efect dinamo încă de la începutul eonului Hadean înainte.
După cum a explicat John Hernlund, de asemenea membru al ELSI și coautor al studiului:
„Acest rezultat s-a dovedit important pentru înțelegerea energiei și evoluției nucleului. Am fost încântați, deoarece calculele noastre au arătat că cristalizarea cristalelor de dioxid de siliciu din miez ar putea oferi o imensă sursă de energie pentru alimentarea câmpului magnetic al Pământului. "
Acest studiu nu numai că oferă dovezi care să ajute la rezolvarea așa-numitului „Paradox al căldurii noi”, ci poate contribui la înțelegerea noastră în ceea ce privește condițiile în timpul formării Pământului și a Sistemului Solar timpuriu. Practic, dacă siliconul și oxigenul formează cristal de dioxid de siliciu în miezul exterior de-a lungul timpului, mai devreme sau mai târziu, procesul se va opri odată ce miezul va rămâne fără aceste elemente.
Când se va întâmpla asta, ne putem aștepta că câmpul magnetic al Pământului va avea de suferit, ceea ce va avea implicații drastice asupra vieții pe Pământ. De asemenea, ajută la punerea constrângerilor asupra concentrațiilor de siliciu și oxigen care erau prezente în miez când s-a format Pământul pentru prima dată, ceea ce ar putea merge mult până la informarea teoriilor noastre despre formarea Sistemului Solar.
Ba mai mult, această cercetare poate ajuta geofizicienii să determine cum și când alte planete (cum ar fi Marte, Venus și Mercur) mai aveau câmpuri magnetice (și, eventual, să conducă la idei despre cum ar putea fi alimentate din nou). Ar putea chiar ajuta echipele științifice de vânătoare a exoplanetelor să stabilească care exoplanetele au magnetosfere, ceea ce ne-ar permite să aflăm ce lumi extra-solare ar putea fi locuibile.
