Наша планета образовалась из каменистого материала, который окружал наше Солнце в молодости, и со временем наиболее плотный материал, железо, погрузился внутрь, создав слои, которые, как мы знаем, существуют сегодня, — ядро, мантию и кору. В настоящее время внутреннее ядро представляет собой твердое железо с некоторыми другими материалами, которые тянулись вниз во время этого процесса наслоения. Внешний сердечник представляет собой сплав жидкого железа, и его движение вызывает магнитное поле.
Лучшее понимание того, как тепло проводится твердым телом внутреннего ядра и жидкостью во внешнем ядре, необходимо для того, чтобы соединить воедино процессы, посредством которых развивались наша планета и наше магнитное поле, и, что еще более важно, энергия который поддерживает непрерывное магнитное поле. Но эти материалы, очевидно, существуют в очень экстремальных условиях, как при очень высоких температурах, так и при очень сильном давлении.
Это означает, что их поведение не будет таким, как на поверхности.«Мы почувствовали острую необходимость в прямых измерениях теплопроводности материалов активной зоны в условиях, характерных для активной зоны», — сказал Гончаров. «Потому что, конечно, мы не можем дотянуться до ядра Земли и взять образцы для себя».Команда использовала инструмент, называемый ячейкой с алмазной наковальней с лазерным нагревом, чтобы имитировать состояние ядра планеты и изучить, как железо проводит тепло под ними.
Ячейка с алмазной наковальней сжимает крошечные образцы материала между двумя алмазами, создавая в лаборатории экстремальное давление глубин Земли. Лазер нагревает материалы до необходимой внутренней температуры.Используя такую лабораторную мимикрию, команда смогла изучить образцы железа при различных температурах и давлениях, которые могут быть обнаружены внутри планет размером от Меркурия до Земли — от 345000 до 1,3 миллиона раз больше нормального атмосферного давления и от 2400 до 4900. градусов по Фаренгейту — и изучите, как они распространяют тепло.
Они обнаружили, что способность этих образцов железа передавать тепло соответствует нижнему пределу предыдущих оценок теплопроводности в ядре Земли — от 18 до 44 Вт на метр на кельвин в единицах, которые ученые используют для измерения таких вещей. Это переводится в предсказания, что энергия, необходимая для поддержания геодинамо, доступна с самого начала истории Земли.
«Чтобы лучше понять теплопроводность ядра, нам нужно будет заняться тем, как не содержащие железо материалы, которые участвовали в поездке, когда железо опускалось в ядро, влияют на эти тепловые процессы внутри нашей планеты», — добавил Гончаров.