Hvorvidt en planet har et magnetfelt eller ej, går langt i at bestemme, om den er beboelig eller ej. Mens Jorden har en stærk magnetosfære, der beskytter livet mod skadelig stråling og forhindrer solvind fra at stribe væk sin atmosfære, er planeten som Mars ikke længere gør. Derfor gik det fra at være en verden med en tykkere atmosfære og flydende vand på overfladen til det kolde, udtørrede sted, det er i dag.
Af denne grund har forskere længe forsøgt at forstå, hvad der styrer Jordens magnetfelt. Indtil nu har konsensus været, at det var dynamoeffekten, der blev skabt af Jordens flydende ydre kerne, der spinder i den modsatte retning af Jordens rotation. Ny forskning fra Tokyo Institute of Technology antyder imidlertid, at det faktisk kan skyldes tilstedeværelsen af krystallisation i jordens kerne.
Forskningen blev udført af forskere fra Earth-Life Science Institute (ELSI) ved Tokyo Tech. I henhold til deres undersøgelse - med titlen "Krystallisering af siliciumdioxid og sammensætning af jordens kerne", der for nylig optrådte i Natur - den energi, der driver Jordens magnetfelt, kan have mere at gøre med den kemiske sammensætning af Jordens kerne.
Af særlig bekymring for forskerteamet var den hastighed, som Jordens kerne afkøles over geologisk tid - som har været genstand for debat i længe. Og for Dr. Kei Hirose - direktøren for Earth-Life Science Institute og hovedforfatter på papiret - har det været noget af en livslang forfølgelse. I en undersøgelse fra 2013 delte han forskningsresultater, der indikerede, hvordan Jordens kerne kan være afkølet mere markant end tidligere antaget.
Han og hans team konkluderede, at kernen siden Jordens dannelse (for 4,5 milliarder år siden) kan være afkølet med så meget som 1.000 ° C (1.832 ° F). Disse fund var temmelig overraskende for jordvidenskabssamfundet - hvilket førte til det, en forsker omtalte som ”New Core Heat Paradox”. Kort sagt, denne hastighed af kernekøling ville betyde, at en anden energikilde ville være påkrævet for at opretholde Jordens geomagnetiske felt.
På toppen af dette og relateret til spørgsmålet om kernekøling, var der nogle uafklarede spørgsmål om den kemiske sammensætning af kernen. Som Dr. Kei Hirose sagde i en Tokyo Tech pressemeddelelse:
”Kernen er for det meste jern og noget nikkel, men indeholder også ca. 10% lette legeringer såsom silicium, ilt, svovl, kulstof, brint og andre forbindelser. Vi tror, at mange legeringer er til stede samtidig, men vi kender ikke andelen af hvert kandidatelement. ”
For at løse dette gennemførte Hirose og hans kolleger ved ELSI en række eksperimenter, hvor forskellige legeringer blev udsat for varme- og trykforhold, der ligner dem i Jordens indre. Dette bestod af at bruge en diamantambolt til at presse støvstore legeringsprøver til at simulere høje trykforhold og derefter opvarme dem med en laserstråle, indtil de nåede ekstreme temperaturer.
Tidligere har forskning i jernlegeringer i kernen overvejende fokuseret på enten jern-siliciumlegeringer eller jernoxid ved højt tryk. Men af hensyn til deres eksperimenter besluttede Hirose og hans kolleger at fokusere på kombinationen af silicium og ilt - som antages at eksistere i den ydre kerne - og undersøge resultaterne med et elektronmikroskop.
Hvad forskerne fandt, var, at under betingelser med ekstremt tryk og varme blev prøver af silicium og ilt kombineret til dannelse af siliciumdioxidkrystaller - som lignede sammensætningen som mineralkvarts fundet i jordskorpen. Ergo, undersøgelsen viste, at krystallisationen af siliciumdioxid i den ydre kerne ville have frigivet nok opdrift til kraftkernekonvektion og en dynamoeffekt fra så tidligt som Hadean eon og frem.
Som John Hernlund, også medlem af ELSI og medforfatter til undersøgelsen, forklarede:
”Dette resultat viste sig at være vigtigt for at forstå kernens energikraft og udvikling. Vi var spændte, fordi vores beregninger viste, at krystallisering af siliciumdioxidkrystaller fra kernen kunne give en enorm ny energikilde til at drive jordens magnetfelt. ”
Denne undersøgelse giver ikke kun bevis for at hjælpe med at løse det såkaldte "New Core Heat Paradox", det kan også hjælpe med at fremme vores forståelse af, hvordan forholdene var under dannelsen af Jorden og det tidlige solsystem. Grundlæggende, hvis silicium og ilt danner krystal af siliciumdioxid i den ydre kerne over tid, vil før eller senere stoppe processen, når kernen løber tør for disse elementer.
Når det sker, kan vi forvente, at Jordens magnetfelt vil lide, hvilket vil have drastiske følger for livet på Jorden. Det hjælper også med at sætte begrænsninger på koncentrationerne af silicium og ilt, der var til stede i kernen, da Jorden først dannede sig, hvilket kunne gå langt i at informere vores teorier om dannelse af solsystemet.
Hvad mere er, denne forskning kan hjælpe geofysikere med at bestemme, hvordan og hvornår andre planeter (som Mars, Venus og Mercury) stadig havde magnetfelter (og muligvis fører til ideer om, hvordan de kunne tændes igen). Det kunne endda hjælpe exoplanet-jagt videnskabsteam med at bestemme, hvilke exoplaneter der har magnetosfærer, hvilket ville give os mulighed for at finde ud af, hvilke ekstrasolverdener der kan være beboelige.
