A Föld magja "csak" 1 milliárd éves, 3,5 milliárd évvel fiatalabb, mint a Föld
A Föld szilárd belső magja "csak" egymilliárd éves - derül ki a Physical Review Letters folyóiratban megjelent tanulmányból. Az információ meglepőnek tűnhet, tekintve, hogy bolygónk életkorát 4,5 milliárd évre becsülik - írja a Live Science csütörtökön az Agerpres szerint.
A föld olyan, mint egy torta, amely több, egymást átfedő rétegből áll - szilárd kéreg, forró, viszkózus köpeny és a mag, amely folyékony külső részből és egy szilárd belső részből áll. Ez a szilárd belső mag lassan növekszik, amikor a mag külsején lévő olvadt vas lehűl és kristályosodik. A folyamat hozzájárul a folyékony külső mag forgási mozgásának erejéhez, amely viszont előállítja a Földet körülvevő mágneses mezőt, és megvédi az egész bioszférát a nagy mennyiségű nap- és kozmikus sugárzás káros hatásaitól.
Más szavakkal, a Föld szilárd, belső magja az egész rendkívül fontos eleme, de ennek a 2442 kilométer átmérőjű vas "gömbnek" a történetéről nem sokat tudni. Korának becslése 500 millió év és több mint 4 milliárd év között mozgott, majdnem olyan régi, mint maga a Föld.
Ezúttal a kutatók egy apró vasdarabot nyomtak két gyémánt közé, és rá vetítettek egy lézersugarat, hogy új becslést kapjanak arról, hogy a Föld belső magjának kora 1–1,3 milliárd év közötti - ez az időszak egybeesik a Föld mágneses mezőjének intenzitásának éles növekedésével.
"A Föld egyedülálló a Naprendszerben, mivel mágneses mezővel rendelkezik és élő bolygó" - mondta Jung-Fu Lin, az austini Texasi Egyetem geológusa. "Eredményeink felhasználhatók annak meghatározására, hogy a Naprendszer más bolygóin miért nincs mágneses mező.".
A Föld mágneses terét egy "geodinamika" táplálja - a vasban gazdag külső mag dinamikája az egész bolygót hatalmas elektromágnessé változtatja. A geodinamika felelős a mágneses pólusok és a mágneses pajzs létezéséért, amely megvéd minket a kozmikus és napsugárzástól. Ennek hiányában ezek a részecskék lassan, de biztosan tönkretennék a Föld légkörét.
Részben a belső mag mozgását hő - vagy hő - hajtja. Amint a Föld magja fokozatosan hűl, belülről kifelé kristályosodik. Ez a kristályosítási folyamat energiát szabadít fel, amely viszont a külső mag mozgását táplálja a folyadékba (megolvadt). Ez a kristályosodási (megszilárdulási) folyamat során felszabaduló energia a geodinamika összetett energiaforrása, Lin szerint.
Az általa koordinált kísérlet során Lin empirikus bizonyítékokat akart felhasználni az egyes forrásokból származó energia kiszámításához. Az energia mennyiségének ismerete lehetővé teszi a belső mag életkorának megbecsülését.
Ennek elérése érdekében a kutatók kis mértékben újjáteremtették a mag körülményeit. Egy apró, 6 mikron vastag (vörösvérsejt méretű) vasdarabot 2727 Celsius-fokos hőmérsékletre hevítettek, és szimulálták a hatalmas nyomást a Föld közepén, és két gyémánt közé nyomták a vasdarabot. Ezután ilyen körülmények között megmérték a vasdarab vezetőképességét.
A vezetőképesség mérése lehetővé tette a kutatók számára, hogy kiszámítsák a mag hűtési sebességét, amely hozzájárul a geodinamika aktív fenntartásához. Megállapították, hogy a geodinamika körülbelül 10 watt energiát merített a lehűtött magból - ez alig több mint egyötöde annak a hőenergia-szintnek, amelyet a Föld elveszít az űrben a felszínről (46 watt).
Miután kiszámolták az elvesztett energia mennyiségét, a kutatók kiszámíthatták a bolygó belső magjának életkorát. A hőveszteség mértékének ismerete lehetővé tette a kutatók számára, hogy kiszámolják, mennyi időbe telik a szilárd belső mag méretű szilárd tömeg elérése az olvadt vas belső "óceánjából".
Az 1–1,3 milliárd éves eredmény azt mutatja, hogy a Föld magja viszonylag fiatal. Vannak alacsonyabb becslések is, például a Nature folyóirat 2016-ban megjelent becslése szerint a belső mag kora 700 millió év lenne. Ez a 2016-os becslés a Jung-Fu Lin által használt módszerhez hasonló módszerrel készült, de az új becslés megszerzéséhez erősebb eszközöket használtak a magban keletkező hőmérséklet és nyomás szintjének eléréséhez.
Ezenkívül az ősi mágneses kőzetek elemzéséből kiderült, hogy a Föld mágneses tere 1 és 1,5 milliárd évvel ezelőtti időszakban erősödött meg - derül ki a Nature által 2015-ben publikált tanulmányból. Az új eredmények tökéletesen illeszkednek ehhez a bizonyítékhoz, mert a belső mag ilyen kristályosodása "lendületet adott" a mágneses mezőnek - magyarázza Lin.
Még mindig vannak kérdések arról, hogyan mozog a hő a Föld magja körül. A kísérletben használt vasdarabbal ellentétben a Föld magja nem csak ebből a fémből készül - más könnyebb elemeket is tartalmaz, például szenet, hidrogént, oxigént, szilíciumot és ként. De ezeknek a könnyebb elemeknek az aránya nem ismert, és ezért nehéz spekulálni, hogyan változtatják meg a belső mag vezetőképességét. Ezt az új kutatási témát választotta Lin és csapata.
"Megpróbáljuk megérteni, hogy ezek a fényelemek hogyan változtatják meg a vas hővezető tulajdonságait nyomás és hőmérsékleti viszonyok között a Föld közepén" - mondta Lin.