В един момент от 4,5-милиардната история на Земята, изцяло течната й желязна сърцевина се охладила достатъчно, за да образува плътна топка в центъра. Днес ядрото на нашата планета се състои от твърдо желязно вътрешно ядро, заобиколено от външно ядро от разтопено желязо, но да се установи точно когато е настъпила тази промяна е доста трудно.

Предположенията варират от преди 4,5 милиарда години - възрастта на самата Земя, до 565 милиона години. Сега ново проучване най-накрая стеснява този времеви диапазон. Според данните, получени при лабораторни експерименти, които създават условия, приближаващи се до тези в планетарното ядро, възрастта на вътрешното ядро ​​трябва да е някъде между 1 милиард и 1,3 милиарда години.

От своя страна това ни помага да ограничим епохата на геодинамото, което захранва магнитното поле около Земята. Това магнитно поле допринася за условия, благоприятни за живота, какъвто го познаваме, като предпазва атмосферата на планетата да бъде издухана от слънчевия вятър.

Следователно няма да е изненада, че учените са силно заинтересовани откога то съществува и как се поддържа.

"Хората наистина са любопитни и се вълнуват от произхода на геодинамото и силата на магнитното поле, защото те допринасят планетата да е обитаема", казва геологът Юнг-Фу Лин от Тексаския университет в Остин.

Геодинамото се създава чрез циркулацията на проводящо желязо във външното ядро, задвижвана от конвекция, захранвана от два механизма.

Първо, има топлинна конвекция, генерирана от температурни колебания и това може да се случи в напълно течно ядро. Второ, има композиционна конвекция, при която по-леките елементи, освободени по вътрешната граница на ядрото, се издигат през течното външно ядро, създавайки движение.

И в двата случая тази проводяща течност създава електрически токове, които зареждат сърцевината, като по същество я превръщат в гигантски електромагнит. Et voila! Магнитно поле. В момента и двата вида конвекция протичат в земното ядро, като еднакво допринасят за геодинамото.

Но преди твърдото ядро ​​да кристализира, в ядрото на Земята е била възможна само термична конвекция. То е било способно да генерира геодинамо, но за да го поддържа в продължение на милиарди години, както е необходимо за по-ранните оценки на възрастта на вътрешното ядро, желязото трябва да е било изключително горещо, нереално горещо.

За да се поддържат такива температури, топлопроводимостта на желязото трябва да е висока. И така, екипът реши да проучи топлопроводимостта на желязото под налягане и при температури, приближаващи се до тези в ядрото.

За да направят това, учените взели желязна проба, взривили я с лазери, за да я нагреят, и я поставили в диамантена наковалня. Отнело много повече време, много опити през цели две години. Накрая обаче екипът успял да измери електрическата и топлопроводимостта на пробата под 170 гигапаскала налягане (това е 170 милиона пъти повече от атмосферното налягане на морското равнище) и температури 3000 градуса Келвин.

Наляганията във външното ядро варират от 135 до 330 гигапаскала от външната граница до границата с вътрешното ядро, а температурата - от 4 000 до 5000 градуса Келвин. Смята се, че температурата във вътрешното ядро достига над 6000 градуса Келвин (желязото се втвърдява при огомното налягане там).

Когато екипът измерил проводимостта в пробата, установил, че тя е с 30 до 50 процента по-ниска от това, което би било необходимо, ако възрастта на вътрешното ядро е 565 милиона години. Следователно изследователите могат да поставят горна граница на топлопроводимостта на течното желязо при основни условия, което от своя страна поставя горна граница на това колко топлина може да се проведе и задържи.

С всичко това те най-накрая оценили възрастта на вътрешното ядро ​​на Земята.

"След като всъщност знаете колко от този топлинa е изтекла от външното ядро ​​към долната мантия, всъщност можете да мислите кога Земята се е охладила достатъчно до степен, че вътрешното ядро ​​да започне да кристализира", каза Лин.

Интересното е, че времевата линия на екипа съвпада точно с промяната в магнитното поле на Земята. Подреждането на магнитни материали в скали, датиращи от преди 1 до 1,5 милиарда години, показва, че е имало увеличение на силата на магнитното поле около това време, както би се очаквало да е във времето, в което вътрешното ядро ​​кристализира.

Подобно увеличение обаче се наблюдава и преди 565 милиона години. Ако вътрешното ядро ​​е кристализирало по-рано, това означава, че всичко, което се случило със Земята преди 565 милиона години, все още е загадка.

Изследването е публикувано в Physical Review Letters.