Ученые раскрыли загадку формирования земного ядра, окруженного оболочкой из расплавленного железа. Оказалось, что теплопроводность железа допускает остывание центра Земли не менее 1-1,3 миллиарда лет назад. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
Магнитное динамо Земли создается за счет конвекции расплавленного железа во внешнем ядре. Она приводится в действие двумя механизмами: тепловой конвекцией, вызванной колебаниями температуры, и композиционной конвекцией, при которой легкие элементы, высвобождаемые на границе внутреннего ядра, поднимаются через жидкое внешнее ядро. Однако до кристаллизации твердого ядра в ядре Земли была возможна только тепловая конвекция.
Исследователи поставили эксперимент, в ходе которого изучили теплопроводность железа при давлении и температуре, которые характерны для ядра. Это позволило оценить количество тепла, идущего от внешнего ядра к внутренней мантии. Образец железа нагрели с помощью лазера, а для создания экстремального давления использовали алмазную наковальню. Давление в ядре Земли колеблется от 135 до 330 гигапаскалей от внешней границы до границы внутреннего ядра, а температура достигает 3,7-4,7 тысячи градусов Цельсия.
Теплопроводность железа в таких условиях играет важную роль при остывании и кристаллизации внутреннего ядра. Оказалось, что отток тепла соответствует верхней границе времени остывания ядра, составляющей более миллиарда лет назад. Присутствие магнитных материалов в породах, датируемых 1-1,5 миллиарда лет назад, показывает, что примерно в это же время произошло увеличение напряженности магнитного поля.