Geoloogia

Maa sisemine tuum on vaid miljard aastat vana ... palju noorem kui enamik meist arvas

2024

Miljard aastat pole kosmilises mõttes meie inimeste - kes me oleme tegelikult universumi vanasõna silmapilguks - jaoks ettearvamatu ajavahemik. See pole isegi meie planeedi jaoks palju.

Maa arvatakse olevat umbes 4,6 miljardit aastat vana. Siiani hinnati selle tuuma sageli sellele vanusele lähemale, kuid sisemise tuuma tingimuste taasloomine laboris muutis seda kõike. Sisemine südamik on valmistatud tahke rauast, mida ümbritseb vedela raua välimine südamik. Rahvusvahelise teadlaste meeskonna mõtlemapanev eksperiment näitas Maa sisemise tuuma jaoks palju nooremat vanust kui paljud olid varem eeldanud (kuigi see on veel piisavalt vana dinosauruste jaoks Teekond Maa keskele et see oleks ajalooliselt täpne).

Eksperimendis selgitati välja, milline peab olema sisemise südamiku vanus, mõõtes selle soojusjuhtivust või võimet juhtivuse kaudu soojust üle kanda.

Südamiku soojusjuhtivus määrab südamiku jahtumiskiiruse ja sisemise südamiku kasvukiiruse. Seetõttu võib see meile öelda sisemise tuuma vanuse ning energiaallikate ja mehhanismi geodünamo , füüsik Youjun Zhang, kes on hiljuti avaldatud uuringu kaasautor Füüsilise ülevaate kirjad , rääkis SYFY WIRE.

Kokkupõrked ja sellele järgnev soojusülekanne aatomite või molekulide vahel, mis on juba üksteise lähedal, määravad, mil määral südamik juhib soojust ja mis annab jõudu geodünamole või jõule hoiab meie magnetvälja tugevana . See jõud on vedelas rauas välissüdamikus. Arvatakse, et see sisaldab ka kergemaid elemente, nagu süsinik, vesinik, hapnik, räni ja väävel. Magnetvälja võimsuse ja geodünamo tekkimise välja selgitamine võib meile rääkida ka meie planeedi elamiskõlblikkusest, kuna magnetväli hoiab ära kahjulikud kosmilised kiired ja takistab Maal muutumast kiirguspuhutud kõrbeks nagu Marss.

Aga oota. Teel oli geodünamo paradoks, mis seadis kahtluse alla, kui toimiv on soojuskonvektsioon sõltuvalt südamiku soojusjuhtivuse tasemest. Geodünamot ei saanud kuidagi sisse lülitada Maa evolutsiooni varases staadiumis, kui selle soojusjuhtivus oli liiga kõrge, sest noor ja kuum välissüdamik oleks tekkinud hiljem ilma piisavalt aega jahtumiseks. Hinnanguline südamiku vanus tõuseb sõltuvalt sellest, kui madal oli geodünamo soojusjuhtivus. Mida varem sai geodünamo toite, seda rohkem aega pidi see jahtuma, lisades südamikule aastaid (sel juhul pigem eoneid).

Krediit: NASA

Zhang ja tema meeskond pidid nägema, kas nad suudavad selle lahendada, kui nad kavatsevad avastada sisemise tuuma vanuse, millel on suurem rõhk kui miljon atmosfääri ja temperatuurid, mis võivad olla kuumemad kui Päikese pind. See on siis, kui nad tõid välja mõne kõva sulametalli.

Ta ütles, et katsete ja teooria abil määrasime Maa südamiku tingimustes südamiku põhikomponendina pigistatava laseriga kuumutatud raua elektrilise ja soojusjuhtivuse. Soojusjuhtivus osutus 30–50% madalamaks kui eelmine uuring, ning toetab geodünamot, mida juhib termiline konvektsioon varases staadiumis ja nii soojus- kui ka kompositsiooniline konvektsioon praegusel ajal.

Geodünamo soojusjuhtivust võisid mõjutada ka kergemate elementide olemasolu, mis lahustusid sulatatud rauaks selle esmakordsel moodustumisel, eriti räni. See võib tähendada, et need elemendid muudavad selle vähem soojusjuhtivaks. Kergematest elementidest tulenevat madalamat juhtivust võib segi ajada jahtumisajaga ning selgitada ka põhjust, miks nii palju hinnanguid Maa tuuma vanusele olid kõrgemal poolel, kuigi üks hiljutine hinnang enne Zhangi katset oli vaid 565 miljonit aastat, seda on raske uskuda miljardeid aastaid vana planeet. Termiline konvektsioon ja kompositsiooniline konvektsioon hoiavad geodünamo aktiivsena, nii et see võib jätkuvalt takistada Maa marsiks muutumist.

Zhang selgitas, et aktiivse dünamo jaoks on kolm põhinõuet. Need on elektrit juhtiv vedeliku välissüdamik, Maa pöörlemisel tekkiv kineetiline energia ja sisemine energiaallikas vedeliku konvektsiooniliikumise säilitamiseks. Sisemine energiaallikas sisaldab soojus- ja kompositsioonienergiat, mis juhib konvektsiooni. Milline konvektsioonitüüp kehtib, sõltub südamiku soojusjuhtivusest.

Maa magnetväli on arvatavasti tõusis umbes miljard aastat tagasi, mida on toetanud see, kuidas magnetilised materjalid on selles vanuses kivimitesse paigutatud. See tõus tekkis tõenäoliselt Maa magnetismi drastilise suurenemise tõttu sisemise südamiku tekkimisel. Nende kivimite koostis on rohkem tõendeid tuuma uuendatud vanuse kohta.

Zhang ütles, et varajast geodünamot ajendas peamiselt termiline konvektsioon enne südamiku sisemist moodustumist, samas kui sisemise südamiku kasvu korral on see tingitud nii termilisest kui ka kompositsioonilisest konvektsioonist.