Немецкие ученые разгадали феномен геодинамо

Москва, 14:12, 02 Июн 2016, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Без магнитного поля Земли, жизнь на нашей планете не может существовать. За прошедшие несколько миллиардов лет это магнитное поле защищало Землю от высокоэнергетических частиц, называемых космическими излучениями.

Ученые знают, что это магнитное поле генерируется жидким железом во внешнем ядре планеты. Данное явление известно как «геодинамо».

Однако, хотя эффект геодинамо известен, специалисты до сих пор не понимают, как впервые возник, и как поддерживался на протяжении всей истории Земли.

Новое исследование немецких ученых проливает свет на этот феномен.

Земля образовалась из каменистых материалов, которые окружали Солнце во времена его ранних стадий. Со временем, железо, самый плотный материал – затонуло, и создались земные ядро, мантия и кора.

Внутреннее ядро планеты состоит из твердого железа с некоторыми другими примесями. Его температура составляет 5400 градусов по Цельсию. С другой стороны, внешнее ядро состоит из сплава жидкого железа. Его движение и порождает магнитное поле.

Геодинамо питается конвекцией – теплообменом, происходящим путем массового движения жидкого железа, электрически проводящего материала. К этому добавляется эффект от вращения Земли и образуется геомагнитное поле.

Сила конвекции во внешнем ядре основана на передаче тепла от ядра к нижней мантии, а также на теплопроводности железа во внешнем ядре. Это означает, что тепло из внутреннего ядра передается на внешнее ядро, заставляя его раствориться в жидкой магме.

Последние исследования предположили, что теплопроводность железа в ядре была 150 ватт на метр на Кельвин, но такая величина не запустит процесс геодинамо. Если много тепла будет передано через кондукцию, то не так много энергии останется для конвекции и геодинамо.

Эта величина также будет означать, что эффект геодинамо возник лишь сравнительно недавно в истории Земли — всего около миллиарда лет или около того. Однако расчеты могут проследить явление, как минимум, 3 миллиарда лет. Это был парадокс геодинамо.

Парадокс побудил ученых провести прямое измерение теплопроводности железа. Поскольку они не могли взять пробы из ядра, они поместили железо в температуры и давления, соответствующие условиям ядра. Их целью было определить энергетический баланс основного питания динамо.

Ученые использовали лазерный нагрев алмазной наковальни, чтобы скопировать внутрипланетарные условия и выяснить, как железо проводит тепло в этой ситуации.

В алмазной наковальне были сжаты крошечные образцыжелеза между двумя бриллиантами, которые воссоздали давление глубин земли. Лазер нагревал материал до температуры ядра.

В итоге, исследователи выяснили, что способность передачи железом тепла не оказалась на уровне предыдущих оценок теплопроводности в ядре. Она была на самом деле между 18 и 44 ватта на метр на Кельвин.

Это говорит о том, что энергия, необходимая для поддержания геодинамо, присутствовала очень рано в истории Земли.