Se, onko planeetalla magneettikenttä vai ei, kulkee pitkälle kohti määräämistä siitä, onko planeetta asuttava vai ei. Kun maapallolla on vahva magnetosfääri, joka suojaa elämää haitalliselta säteilyltä ja estää aurinkotuulta irtoamasta ilmakehäänsä, planeetan kaltainen Mars ei enää ole. Siksi miksi se siirtyi maailmasta, jonka ilmapiiri on paksumpaa ja sen pinnalla on nestemäistä vettä, kylmään, kuivuneeseen paikkaan, jossa se on nykyään.
Tästä syystä tutkijat ovat pitkään pyrkineet ymmärtämään, mikä voimistaa maan magneettikenttää. Tähän saakka on ollut yksimielisyys siitä, että se oli dynaaminen vaikutus, jonka maapallon nestemäinen ulkosydäme kehitti maan vastaiseen suuntaan. Tokion teknillisen instituutin uudet tutkimukset kuitenkin viittaavat siihen, että se saattaa johtua kiteytymisestä maan ytimessä.
Tutkimuksen suorittivat tutkijat Tokios Techin Earth-Life Science Institute (ELSI) -yksiköstä. Tutkimuksensa mukaan, jonka otsikko oli ”Piidioksidin kiteytyminen ja maan ytimen koostumuksen kehitys”, ilmestyi äskettäin luonto - Maan magneettikentää ohjaavalla energialla voi olla enemmän tekemistä maan ytimen kemiallisen koostumuksen kanssa.
Tutkimusryhmää huolestutti erityisesti se, kuinka nopeasti Maan ydin jäähtyy geologisen ajan kuluessa - josta on keskusteltu jo jonkin aikaa. Ja tohtori Kei Hiroselle - Earth-Life Science Institute -ohjaajalle ja paperille johtavalle kirjailijalle - se on ollut jotain elinikäistä harjoittelua. Vuonna 2013 tehdyssä tutkimuksessa hän jakoi tutkimustulokset, jotka osoittivat, kuinka maapallon ydin on jäähtynyt aiempaa suurempaa ajattelua huomattavasti enemmän.
Hän ja hänen tiiminsä päättelivät, että maapallon muodostumisen jälkeen (4,5 miljardia vuotta sitten) ydin on saattanut jäähtyä jopa 1000 ° C (1832 ° F). Nämä havainnot olivat melko yllättäviä maatieteelliselle yhteisölle - johti siihen, mitä yksi tutkija nimitti ”uudeksi ydinlämpöparadokseksi”. Lyhyesti sanottuna tämä ytimen jäähdytysnopeus tarkoittaisi sitä, että jotain muuta energialähdettä tarvitaan maan geomagneettikentän ylläpitämiseksi.
Tämän lisäksi, jotka liittyivät ydinjäähdytykseen, oli joitain ratkaisemattomia kysymyksiä ytimen kemiallisesta koostumuksesta. Kuten tohtori Kei Hirose sanoi Tokyo Tech -lehdistötiedotteessa:
”Ydin on pääosin rautaa ja nikkeliä, mutta sisältää myös noin 10% kevytmetalliseoksia, kuten piitä, happea, rikkiä, hiiltä, vetyä ja muita yhdisteitä. Uskomme, että monia seoksia on läsnä samanaikaisesti, mutta emme tiedä kunkin ehdokasosan osuutta. "
Tämän ratkaisemiseksi Hirose ja hänen kollegansa ELSI: stä tekivät sarjan kokeita, joissa erilaisille seoksille altistettiin lämpö- ja paineolosuhteet, jotka olivat samanlaisia kuin maan sisäosassa. Tämä koostui timanttisen alasin käytöstä pölykokoisten seosnäytteiden puristamiseksi korkean paineen olosuhteiden simuloimiseksi, ja sitten niiden kuumentamisen lasersäteellä, kunnes ne saavuttivat äärimmäiset lämpötilat.
Aikaisemmin ytimen rautalejeeringien tutkimus on keskittynyt pääosin joko rauta-piiseoksiin tai rautaoksidiin suurissa paineissa. Mutta kokeidensa vuoksi Hirose ja hänen kollegansa päättivät keskittyä piin ja hapen yhdistelmään - joiden uskotaan olevan ulommassa ytimessä - ja tutkia tuloksia elektronimikroskoopilla.
Tutkijat havaitsivat, että äärimmäisen paineen ja lämmön olosuhteissa piin ja hapen näytteet yhdistettiin piidioksidikiteiksi - jotka olivat koostumukseltaan samanlaisia kuin maankuoressa löydetty mineraalikvartsi. Ergo, tutkimus osoitti, että piidioksidin kiteytyminen ulommassa ytimessä olisi vapauttanut tarpeeksi kelluvuutta sydänkierron tehon lisäämiseksi ja dynaamisen vaikutuksen jo Hadean-ajon jälkeen.
Kuten ELSI: n jäsen ja tutkimuksen yhteiskirjailija John Hernlund selitti:
”Tämä tulos osoittautui tärkeäksi ytimen energian ja evoluution ymmärtämiseksi. Olimme innostuneita, koska laskelmamme osoittivat, että piidioksidikiteiden kiteytyminen ytimestä voisi tarjota valtavan uuden energialähteen maapallon magneettikentän virran lisäämiseksi. "
Tämä tutkimus ei vain tarjoa todisteita niin sanotun ”uuden ytimen lämpöparadoksin” ratkaisemiseksi, mutta se voi myös auttaa ymmärtämään paremmin ymmärrystämme siitä, mitkä olosuhteet olivat maapallon ja varhaisen aurinkokunnan muodostumisen aikana. Periaatteessa, jos pii ja happi muodostavat piidioksidikiteitä ulompaan ytimeen ajan myötä, niin ennemmin tai myöhemmin prosessi loppuu, kun ydin loppuu näistä elementeistä.
Kun näin tapahtuu, voimme odottaa, että maan magneettikenttä kärsii, jolla on rajuja vaikutuksia elämään maapallolla. Se auttaa myös asettamaan rajoituksia piin ja hapen pitoisuuksille, jotka olivat ytimessä, kun maapallo muodostui, mikä voi viedä pitkän matkan kohti teorioiden ilmoittamista aurinkokunnan muodostumisesta.
Lisäksi tämä tutkimus voi auttaa geofysiikan tutkijoita selvittämään, miten ja milloin muilla planeetoilla (kuten Mars, Venus ja Mercury) vielä oli magneettikenttiä (ja mahdollisesti johtaa ideoihin siitä, kuinka ne voitaisiin jälleen kytkeä voimaan). Se voisi jopa auttaa eksoplaneettojen metsästystieteellisiä ryhmiä määrittämään, millä eksoplaneetoilla on magnetosfäärejä, mikä auttaisi meitä selvittämään, mitkä auringon ulkopuoliset maailmat voisivat olla asuttavia.
