Οι επιστήμονες έχουν έρθει πιο κοντά στην επίλυση ενός από τα μεγαλύτερα μυστήρια της γεωφυσικής: πώς η Γη τροφοδοτεί το μαγνητικό της πεδίο. Η ερευνητική ομάδα, από το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν και συνεργάτες τους από τα Πανεπιστήμια Sichuan και Nanjing στην Κίνα, πιστεύουν ότι η ανακάλυψή τους παρέχει έναν θεμελιώδη μηχανισμό που θα βοηθήσει για να ερμηνεύσουμε τις εκπληκτικά «μαλακές» φυσικές ιδιότητες του πυρήνα της Γης.
Περίπου 1.800 μίλια κάτω από τον φλοιό της Γης βρίσκεται ένας πυρήνας σε σχήμα μπάλας φτιαγμένος κυρίως από σίδηρο και νικέλιο. Ο πυρήνας είναι πολύ καυτός, με θερμοκρασίες από σχεδόν 8.000 έως 10.800 βαθμούς Φαρενάιτ (4.426 έως 5.982 βαθμούς Κελσίου), και αποτελείται από δύο μέρη: τον υγρό εξωτερικό πυρήνα και τον πυκνό, στερεό εσωτερικό πυρήνα.
Η κίνηση των ατόμων του σιδήρου σε αυτόν τον πυρήνα είναι γνωστό ότι τροφοδοτεί το μαγνητικό πεδίο της Γης, το οποίο πιστεύεται ότι παίζει σημαντικό ρόλο στη διατήρηση της ζωής στον πλανήτη. Δεν είναι μόνο υπεύθυνο για τον καθορισμό των κατευθύνσεων της πυξίδας, λειτουργεί επίσης και ως ασπίδα γύρω από τον πλανήτη, εκτρέποντας την ισχυρή ακτινοβολία από τις ηλιακές καταιγίδες.
Το μαγνητικό πεδίο της Γης παράγεται κυρίως στον υγρό εξωτερικό πυρήνα από έναν «ωκεανό» πολύ θερμού και στροβιλιζόμενου μετάλλου, αλλά ο ρόλος του στερεού εσωτερικού πυρήνα σε αυτό το λεγόμενο γεωδυναμό παρέμενε μυστηριώδης μέχρι και σήμερα.
«Ο πυρήνας της Γης βρίσκεται υπό τόσο ακραίες πιέσεις, περίπου 3,5 Mbar, οπότε θα περίμενε κανείς ότι τα άτομα του σιδήρου είναι περιορισμένα στις θέσεις τους και δεν έχουν πολύ χώρο για να κινηθούν», δήλωσε στο Newsweek ο Jung-Fu Lin, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Τέξας Jackson School of Geosciences, ένας από τους κύριους συγγραφείς της μελέτης. «Αυτό που βρήκαμε ήταν εντελώς αντίθετο με αυτή την παραδοσιακή άποψη». «Ήμουν ενθουσιασμένος. Μόλις βρήκαμε την απάντηση στο Άγιο Δισκοπότηρο της γεωφυσικής», είπε ο Lin.
«Τα άτομα σιδήρου κινούνταν τόσο γρήγορα που μετακινήθηκαν σε άλλες θέσεις σε ένα κλάσμα δευτερολέπτου». Αυτή η κίνηση, γνωστή στην φυσική ως συλλογική κίνηση, είναι σαν να αλλάζουν θέσεις οι καλεσμένοι σε ένα δείπνο. Η συνολική δομή του τραπεζιού παραμένει η ίδια, παρά αυτή την εσωτερική κίνηση.
Δημιουργώντας ένα μοντέλο – μινιατούρα του εσωτερικού πυρήνα της Γης στο εργαστήριο, η ερευνητική ομάδα ήταν σε θέση να προβλέψει τις ιδιότητες και την κίνηση αυτών των ατόμων σιδήρου. Και αυτό που βρήκαν οι επιστήμονες ήταν πολύ ασυνήθιστο: αντί να παραμένουν σταθερά στο στερεό πλέγμα τους, τα άτομα κινούνταν, γρήγορα.
«[Αυτή η συλλογική κίνηση] οφείλεται στο γεγονός ότι τα άτομα σιδήρου βρίσκονται σε συνθήκες πολύ κοντά στην τήξη, τόσο πολύ που μοιάζουν με στερεό αλλά συμπεριφέρονται περισσότερο σαν υγρό», είπε ο Lin. «Πράγματι, αυτό συμβαίνει σε πολλά μέταλλα που είναι κοντά στην τήξη και είναι ένα σχετικά καλά κατανοητό φυσικό φαινόμενο στη φυσική συμπυκνωμένης ύλης. Αλλά δεν είναι γνωστό ότι συμβαίνει στους εσωτερικούς πλανήτες. Συνεργαστήκαμε με φυσικούς σε αυτό το έργο, και ήταν σαν να το ήξεραν ότι θα συνέβαινε αυτό».
Για να επιβεβαιώσουν τα μοντέλα τους, η ομάδα συνέκρινε επίσης τα αποτελέσματα με μελέτες σεισμικών κυμάτων του εσωτερικού πυρήνα της Γης. «Πραγματοποιήσαμε επίσης πειράματα με κρουστικά κύματα στο εργαστήριο για να μετρήσουμε τις ταχύτητες των ατόμων σιδήρου σε ακραίες πιέσεις και θερμοκρασίες όπου αναμένεται να καταγράφεται συλλογική κίνηση», δήλωσε ο Lin. «Όλα αυτά επιβεβαιώνουν περαιτέρω την πρόβλεψη για την εμφάνιση συλλογικής κίνησης στην “σιδερένια καρδιά” του πλανήτη».
Τα αποτελέσματα της ομάδας, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό PNAS στις 2 Οκτωβρίου, εξηγούν εν μέρει τις μυστηριωδώς “μαλακές” ιδιότητες του εσωτερικού πυρήνα της Γης, ενώ προσφέρουν και πιθανές αναγνώσεις για την παραγωγή θερμότητας στο κέντρο του πλανήτη. Η μελέτη μας βοηθά επίσης να κατανοήσουμε τις διεργασίες που τροφοδοτούν τη δημιουργία του μαγνητικού πεδίου της Γης, και ενδεχομένως την εσωτερική λειτουργία άλλων πλανητών μέσα και έξω από το ηλιακό μας σύστημα.
«Η ανακάλυψη υποδηλώνει ότι η ίδια φυσική στη συλλογική κίνηση συμβαίνει στο εσωτερικό άλλων πλανητών, όπως ο Άρης, αλλά και στο εσωτερικό εξωπλανητών», δήλωσε ο Lin. «Οι εξωπλανήτες υπόκεινται σε ακόμη πιο ακραίες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας, οπότε θα χρειαζόταν να επεκταθούν οι συνθήκες της έρευνας για να δούμε αν συμβαίνει αυτό. Αυτό θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε τα πλανητικά συστήματα γενικά».
