To, či má planéta magnetické pole alebo nie, je na ceste k určeniu, či je alebo nie je obývateľná. Zatiaľ čo Zem má silnú magnetosféru, ktorá chráni život pred škodlivým žiarením a bráni slnečnému vetru, aby sa zbavil atmosféry, planéta, ako je napríklad Mars, už to neurobí. Preto prešiel z sveta so silnejšou atmosférou a tekutou vodou na svojom povrchu na chladné a vysušené miesto, aké je dnes.
Z tohto dôvodu sa vedci dlho snažili pochopiť, aké sily ovplyvňujú magnetické pole Zeme. Doteraz sa konsenzus potvrdil v tom, že išlo o dynamický efekt, ktorý vzniklo pretáčaním vonkajšieho jadra Zeme v opačnom smere rotácie Zeme. Nový výskum Tokijského technologického inštitútu však naznačuje, že to môže byť v dôsledku prítomnosti kryštalizácie v jadre Zeme.
Výskum vykonali vedci z Inštitútu pre vedu o Zemi (ELSI) v Tokiu Tech. Podľa ich štúdie s názvom „Kryštalizácia oxidu kremičitého a kompozičná evolúcia jadra Zeme“, ktorá sa objavila nedávno v príroda - energia, ktorá riadi magnetické pole Zeme, môže súvisieť s chemickým zložením jadra Zeme.
Výskumný tím sa osobitne zaoberal mierou, v ktorej sa jadro Zeme v priebehu geologického času ochladzuje - o ktorom sa už nejaký čas diskutuje. A pre Dr. Kei Hirose - riaditeľa Inštitútu vedy o Zemi a vedúceho autora na papieri - to bolo celoživotné prenasledovanie. V štúdii z roku 2013 sa delil o výskumné zistenia, ktoré naznačujú, ako sa jadro Zeme mohlo ochladiť oveľa výraznejšie, ako sa pôvodne predpokladalo.
On a jeho tím dospeli k záveru, že od vzniku Zeme (pred 4,5 miliardami rokov) sa mohlo jadro ochladiť až o 1 000 ° C (1 832 ° F). Tieto zistenia boli pre komunitu vied o Zemi dosť prekvapujúce - viedli k tomu, čo jeden vedci označovali ako „nový jadrový paradox“. Stručne povedané, táto rýchlosť ochladzovania jadra by znamenala, že na udržanie zemského geomagnetického poľa by bolo potrebné nejaký iný zdroj energie.
Okrem toho a v súvislosti s otázkou chladenia jadra boli niektoré nevyriešené otázky o chemickom zložení jadra. Ako povedal Dr. Kei Hirose v tlačovej správe spoločnosti Tokyo Tech:
„Jadro je väčšinou železo a niektoré nikel, ale tiež obsahuje asi 10% ľahkých zliatin, ako je kremík, kyslík, síra, uhlík, vodík a ďalšie zlúčeniny. Myslíme si, že je súčasne prítomných veľa zliatin, ale nepoznáme podiel každého kandidátskeho prvku. “
Aby to vyriešil, Hirose a jeho kolegovia v spoločnosti ELSI uskutočnili sériu experimentov, pri ktorých boli rôzne zliatiny vystavené teplotným a tlakovým podmienkam podobným tomu v zemskom vnútornom prostredí. To spočívalo v použití diamantovej kovadliny na vytlačenie vzoriek zliatiny prachu s veľkou veľkosťou prachu na simuláciu podmienok vysokého tlaku a potom ich zahrievanie laserovým lúčom, kým nedosiahli extrémne teploty.
V minulosti sa výskum železných zliatin v jadre zameriaval predovšetkým na zliatiny železa a kremíka alebo na oxid železa pri vysokých tlakoch. Kvôli pokusom sa však Hirose a jeho kolegovia rozhodli sústrediť na kombináciu kremíka a kyslíka - o ktorých sa predpokladá, že existujú vo vonkajšom jadre - a skúmať výsledky pomocou elektrónového mikroskopu.
Vedci zistili, že v podmienkach extrémneho tlaku a tepla sa vzorky kremíka a kyslíka kombinujú a vytvárajú kryštály oxidu kremičitého - ktoré majú podobné zloženie ako minerálny kremeň nachádzajúci sa v zemskej kôre. Štúdia Ergo ukázala, že kryštalizácia oxidu kremičitého vo vonkajšom jadre by uvoľnila dostatok vztlaku na poháňanie prúdenia jadra a dynamický efekt už od počiatku hadejského eónu.
Ako John Hernlund, člen ELSI a spoluautor štúdie, vysvetlil:
„Tento výsledok sa ukázal byť dôležitým pre pochopenie energetiky a vývoja jadra. Boli sme nadšení, pretože naše výpočty ukázali, že kryštalizácia kryštálov oxidu kremičitého z jadra by mohla poskytnúť obrovský nový zdroj energie na napájanie magnetického poľa Zeme. “
Táto štúdia poskytuje nielen dôkazy, ktoré pomôžu vyriešiť tzv. „Nový jadrový paradox“, ale tiež môže pomôcť lepšie pochopiť, aké podmienky boli počas formovania Zeme a skorej slnečnej sústavy. V zásade, ak kremík a kyslík tvoria v priebehu času kryštál oxidu kremičitého vo vonkajšom jadre, potom skôr alebo neskôr sa proces zastaví, keď jadro dôjde z týchto prvkov.
Keď sa to stane, môžeme očakávať, že bude trpieť magnetické pole Zeme, čo bude mať drastické dôsledky pre život na Zemi. Pomáha tiež obmedzovať koncentrácie kremíka a kyslíka, ktoré boli prítomné v jadre pri prvom vzniku Zeme, čo by mohlo viesť k informovaniu našich teórií o formovaní slnečnej sústavy.
Navyše, tento výskum môže pomôcť geofyzikom určiť, ako a kedy ešte ďalšie planéty (ako Mars, Venuša a Merkúra) mali magnetické polia (a možno vedú k myšlienkam, ako by sa dali znovu nabiť). Mohlo by to dokonca pomôcť vedeckým tímom loviacim exoplanety určiť, ktoré exoplanety majú magnetosféry, čo by nám umožnilo zistiť, ktoré extra solárne svety by mohli byť obývateľné.
