To, zda má planeta magnetické pole nebo ne, vede k určení, zda je nebo není obyvatelná. Zatímco Země má silnou magnetosféru, která chrání život před škodlivým zářením a brání slunečnímu větru, aby strhával její atmosféru, planety jako Mars už ne. Proto se ze světa s hustší atmosférou a kapalnou vodou na povrchu změnil na chladné, vysušené místo, jakým je dnes.
Z tohoto důvodu se vědci dlouho snažili pochopit, co pohání magnetické pole Země. Až dosud panovala shoda v tom, že se jednalo o dynamo efekt vytvořený tekutým vnějším jádrem Země, které se otáčelo v opačném směru rotace Země. Nicméně nový výzkum z Tokijský technologický institut naznačuje, že to může být ve skutečnosti způsobeno přítomností krystalizace v zemském jádru.
Výzkum provedli vědci z Earth-Life Science Institute (ELSI) na Tokyo Tech. Podle jejich studie s názvem „ Krystalizace oxidu křemičitého a vývoj složení zemského jádra “, který se nedávno objevil vPříroda– energie, která pohání zemské magnetické pole, může mít více společného s chemickým složením zemského jádra.
Pomocí diamantové kovadliny a laseru výzkumníci z Tokyo Tech podrobili vzorky křemíku a kyslíku podmínkám podobným zemskému jádru. Kredit: Sang-Heon Shim/Arizonská státní univerzita
Pro výzkumný tým byla zvláštní starost o rychlost ochlazování zemského jádra v průběhu geologického času – což je již nějakou dobu předmětem debat. A pro Dr. Kei Hirose – ředitele Institutu vědy o životě Země a hlavního autora článku – to bylo něco jako celoživotní úsilí. Ve studii z roku 2013 , sdílel výsledky výzkumu, které naznačovaly, jak se zemské jádro mohlo ochladit výrazněji, než se dříve myslelo.
On a jeho tým dospěli k závěru, že od zformování Země (před 4,5 miliardami let) se jádro mohlo ochladit až o 1000 °C (1832 °F). Tato zjištění byla pro komunitu věd o Zemi spíše překvapivá – což vedlo k tomu, co jeden vědci označovali jako „ Nový Core Heat Paradox “. Stručně řečeno, tato rychlost ochlazování jádra by znamenala, že k udržení geomagnetického pole Země by byl zapotřebí nějaký jiný zdroj energie.
Kromě toho a související s problémem chlazení jádra byly některé nevyřešené otázky týkající se chemického složení jádra. Jak řekl Dr. Kei Hirose v Tokyo Tech tisková zpráva :
„Jádro je většinou železo a trochu niklu, ale obsahuje také asi 10 % lehkých slitin, jako je křemík, kyslík, síra, uhlík, vodík a další sloučeniny. Myslíme si, že je současně přítomno mnoho slitin, ale neznáme podíl každého kandidátského prvku.'
Magnetické pole a elektrické proudy v Zemi a kolem ní vytvářejí složité síly, které mají nezměrný dopad na každodenní život. Kredit: ESA/ATG medialab
Aby to vyřešili, Hirose a jeho kolegové z ELSI provedli řadu experimentů, při kterých byly různé slitiny vystaveny tepelným a tlakovým podmínkám podobným podmínkám v nitru Země. To spočívalo v použití diamantové kovadliny k vymáčknutí vzorků slitiny o velikosti prachu pro simulaci podmínek vysokého tlaku a následném zahřátí laserovým paprskem, dokud nedosáhly extrémních teplot.
V minulosti se výzkum slitin železa v jádře soustředil převážně na slitiny železa a křemíku nebo na oxid železa při vysokých tlacích. Ale kvůli svým experimentům se Hirose a jeho kolegové rozhodli zaměřit na kombinaci křemíku a kyslíku – o kterých se věří, že existují ve vnějším jádru – a prozkoumat výsledky elektronovým mikroskopem.
Vědci zjistili, že v podmínkách extrémního tlaku a tepla se vzorky křemíku a kyslíku spojily a vytvořily krystaly oxidu křemičitého – které byly svým složením podobné minerálnímu křemenu nalezenému v zemské kůře. Studie tedy ukázala, že krystalizace oxidu křemičitého ve vnějším jádru by uvolnila dostatek vztlaku, aby poháněla konvekci jádra a dynamo efekt již od hadejského eonu dále.
Jak vysvětlil John Hernlund, také člen ELSI a spoluautor studie:
'Tento výsledek se ukázal jako důležitý pro pochopení energetiky a vývoje jádra.' Byli jsme nadšeni, protože naše výpočty ukázaly, že krystalizace krystalů oxidu křemičitého z jádra může poskytnout obrovský nový zdroj energie pro napájení zemského magnetického pole.
Průřez Marsem odhalující jeho vnitřní jádro. Mars musel mít jednoho dne takové pole, ale zdroj energie, který ho poháněl, se od té doby vypnul. Poděkování: NASA/JPL/GSFC
Tato studie nejenže poskytuje důkazy, které pomáhají vyřešit takzvaný 'New Core Heat Paradox', ale také může pomoci posouvat naše chápání toho, jaké byly podmínky během formování Země a rané sluneční soustavy. V zásadě, pokud křemík a kyslík tvoří krystal oxidu křemičitého ve vnějším jádru v průběhu času, pak se dříve nebo později proces zastaví, jakmile jádro vyčerpá tyto prvky.
Když k tomu dojde, můžeme očekávat, že magnetické pole Země utrpí, což bude mít drastické důsledky pro život na Zemi. Pomáhá to také omezit koncentrace křemíku a kyslíku, které byly přítomny v jádře, když se Země poprvé formovala, což by mohlo vést k informování našich teorií o formování sluneční soustavy.
A co víc, tento výzkum může pomoci geofyzikům určit, jak a kdy jiné planety (jako Mars, Venuše a Merkur) stále měly magnetická pole (a možná vést k nápadům, jak by mohly být znovu napájeny). Mohlo by to dokonce pomoci vědeckým týmům zabývajícím se lovem exoplanet určit, které exoplanety mají magnetosféry, což by nám umožnilo zjistit, které extrasolární světy by mohly být obyvatelné.
Další čtení: Tokyo Tech News , Příroda .