Das Erdmagnetfeld schützt uns vor tödlicher kosmischer Strahlung, und ohne es könnte, wie Sie wissen, kein Leben existieren. Die Bewegung von flüssigem Eisen im äußeren Kern des Planeten, das "Geodynamo" -Phänomen, erzeugt dieses Feld. Aber wie es erschien und dann während der gesamten Geschichte der Erde beibehalten wurde, ist Wissenschaftlern ein Rätsel. Die neue Arbeit, die in Nature von einer Gruppe unter der Leitung von Alexander Goncharov von der Carnegie University veröffentlicht wurde, beleuchtet die Geschichte dieser unglaublich wichtigen geologischen Formation.
Unser Planet wurde aus dem festen Material geformt, das die Sonne in ihrer Jugend umgab, und im Laufe der Zeit sank das dichteste Material, Eisen, sank, sank tiefer und bildete die Schichten, die wir heute kennen: den Kern, den Mantel, die Kruste. Derzeit besteht der innere Kern aus festem Eisen zusammen mit anderen Materialien, die während des Schichtungsprozesses festgezogen wurden. Der äußere Kern ist eine Legierung aus flüssigem Eisen, und seine Bewegung erzeugt ein Magnetfeld.
Ein tieferes Verständnis darüber, wie Wärme im festen inneren Kern und im flüssigen äußeren Kern geleitet wird, ist erforderlich, um die Prozesse zusammenzusetzen, die unseren Planeten und sein Magnetfeld entwickelt haben - und vor allem die Energie, die ein konstantes Magnetfeld aufrechterhält. Aber diese Materialien existieren anscheinend nur unter extremsten Bedingungen: sehr hohen Temperaturen und sehr hohen Drücken. Es stellt sich heraus, dass ihr Verhalten an der Oberfläche völlig anders sein wird.
„Wir haben beschlossen, dass die Wärmeleitfähigkeit von Kernmaterialien unter Bedingungen, die denen des Kerns entsprechen, unbedingt direkt gemessen werden muss“, sagt Goncharov. "Weil wir natürlich nicht zum Kern der Erde gelangen und selbst Proben nehmen können."
Die Wissenschaftler verwendeten ein Instrument namens Diamantambosszelle, um die Bedingungen des Planetenkerns zu simulieren und zu untersuchen, wie Eisen unter diesen Bedingungen Wärme leitet. Die Diamantambosszelle komprimiert winzige Materialproben zwischen zwei Diamanten und erzeugt im Labor extremen Druck aus den Tiefen der Erde. Der Laser erwärmt Materialien auf Kerntemperaturen.
Mithilfe eines solchen "Nuklearlabors" konnte ein Wissenschaftlerteam Eisenproben bei Temperaturen und Drücken untersuchen, die sich in Planeten mit einer Größe von Quecksilber bis Erde befinden - Drücken von 345.000 bis 1,3 Millionen Normalatmosphären und von 1300 bis 2700 Grad Celsius - und verstehen, wie sie Wärme leiten.
Es wurde festgestellt, dass die Wärmeleitfähigkeit solcher Eisenproben dem unteren Ende vorläufiger Schätzungen der Wärmeleitfähigkeit des Erdkerns entspricht - zwischen 18 und 44 Watt pro Meter pro Grad Kelvin in den Einheiten, mit denen Wissenschaftler solche Dinge messen. Dies deutet darauf hin, dass die Energie, die zur Aufrechterhaltung eines Geodynamos benötigt wird, seit Beginn der Erdgeschichte immer verfügbar war.
„Um die Wärmeleitfähigkeit des Kerns besser zu verstehen, werden wir in Zukunft untersuchen, wie die Nichteisenmaterialien, die zusammen mit dem sinkenden Eisen in den Kern gezogen wurden, die thermischen Prozesse in unserem Planeten beeinflussen“, sagt Goncharov.
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ILYA KHEL
