Jordens inre kärna roterar i sin egen hastighet, är mycket varm och har med största sannolikhet bidragit till att bevara liv och
Hur kunde jorden återställa sitt magnetfält så snabbt?
Forskare börjar alltmer tro detdetta berodde på uppkomsten av jordens inre kärna. Det är en sfär av fast järn som sitter inuti en smält yttre kärna. Den senare består av sjudande metall som genererar planetens magnetfält.
Forskare föreslår att den inre kärnandök upp ungefär 4 miljarder år efter själva planetens födelse. Den växte långsamt, några millimeter om året. Detta, tror forskare, ledde till aktivitet i den yttre kärnan och provocerade fram en ökning av magnetfältets kraft.
"Den inre kärnan har återställt magnetfältetJorden: och det hände vid det mest lämpade ögonblicket i evolutionen, säger John Tarduno, geofysiker vid University of Rochester. "Vad skulle ha hänt om det inte hade bildats?"
Forskare undrar fortfarande hur och varför det inrekärnan dök upp under denna period. "Den inre kärnan är en planet inom en planet", säger Hrvoe Tkalcic, seismolog vid Australian National University (ANU). "Den har sin egen topografi, sin egen rotationshastighet och struktur. Det är under våra fötter, men det är fortfarande mycket vi inte förstår om hur det fungerar."
Hur studeras vår inre "planet"?
För att studera den inre kärnan använder forskare sällsynta seismiska vågor från jordbävningar eller kärnvapenprov som penetrerar eller reflekterar från den inre kärnan.
Så seismologer upptäckte att den inre kärnanroterar oberoende av resten av planeten. Med hjälp av datormodeller förutspådde de dess struktur, liksom det ovanliga beteendet hos järnlegeringar under högt tryck.
Under lång tid hade mänskligheten ofullständigidéer om jordens inre struktur. Det var inte förrän i början av 1930-talet som Inge Lehmann, en dansk seismolog, lade märke till en ny variant av P-vågor, eller tryckvågor. De påpekade att jordens kärna inte är helt flytande. År 1936 hade Lehmann kommit fram till att jorden hade en solid inre kärna. Vidare märkte forskarna att P-vågorna som passerar genom den inre kärnan varje år accelereras något. Detta kan bara förklaras på ett sätt - den inre kärnan roterar snabbare än resten av planeten, cirka 1 ° per år. Vart 400:e år, föreslog de i en Nature-tidning från 1996, gjorde den inre kärnan ett extra varv inuti jorden.
Denna upptäckt chockade många geofysiker, somden inre kärnan antogs rotera med samma hastighet som manteln. Om du studerar dess rotation kommer det att hjälpa dig att förstå hur den inre kärnan ansluter till den yttre och påverkar magnetfältet. Det kommer också att förklara varför jordens magnetiska poler vandrar och vänder sig då och då.
Så den inre kärnan rör sig snabbare än jorden, eller hur?
Inte riktigt.Forskaren Yi Yang sammanställde senare världens mest omfattande jordbävningsdatabas. Efter att ha analyserat dem upptäckte Yang att den inre kärnan roterar med samma hastighet som manteln. Sedan kom ett ännu mer ovanligt faktum: enligt en studie från 2021 snurrade den inre kärnan långsammare än resten av planeten, med cirka 0,05° per år.
Forskare har börjat spekulera i detden inre kärnan har sin egen rytm. I decennier har radioastronomer spårat små förändringar i jordens rotation. De observerades enligt rymdreferenssystemet: de spårade förändringar i positionen för avlägsna rymdobjekt. De flesta fluktuationerna under året beror på orkaner och jordbävningar, men det finns en liten, regelbunden 6-årsfluktuation som inte lätt kan förklaras.
"Vi vet ännu inte varför det här händer, men alla satsar på kärnan," Benjamin Chao, en lantmätare på Academia Sinica.
Vad är den inre kärnan gjord av?
Den inre kärnan är den mest metalliska platsenpå marken. Den innehåller ännu fler metaller än den yttre. Båda är gjorda främst av järn med en touch av nickel. Järn tros också innehålla spår av lättare grundämnen som syre, kol och kisel.
När järn kristalliseras på en växandeytan av den inre kärnan, skjuter den ut några av dessa element från sig själv. Resultatet är nästan rent järn. Det är som att is bildas i en hink med saltvatten: det tränger undan saltet och blir till mestadels sötvatten. Element som kastas ut från kärnan är lättare än järn: de stiger och rusar framåt: denna process orsakar upp till 80 % av konvektionen, vilket genererar jordens magnetfält.
Konvektion är en typ av värmeöverföring och värmeöverföring, under vilken intern energi överförs av strålar och flöden av själva ämnet.
Vad vet vi fortfarande inte om den inre kärnan?
Vad händer med det återstående järnet - om detta ämnedet pågår en debatt. Järnatomer på jordens yta - som de i en gjutjärnsstekpanna - har en kubisk struktur. Men om små prover av järn pressas mellan två diamanter och skapar ett tryck som liknar det i den inre kärnan, arrangerar atomerna sig själva till hexagoner.
Svårigheten är att ingen har gjort det ännuvet vad som händer med järn när det samtidigt komprimeras och värms upp till tusentals grader, säger Lidunka Vochadlo, en beräkningsmineralfysiker vid University College London.
Dessa förhållanden är svåra att återskapa i laboratoriet,eftersom kolet i diamanter ofta förorenar järn när det värms upp, noterade Vochadlo. Hans team körde datorsimuleringar och fann att formen på en hexagon, eller hexagon, är den mest stabila strukturen under förhållandena i den inre kärnan. Modellerna visar också att rent järn blir mjukt när det har 98 % av sin smältpunkt.
Till exempel måste vattnet svalna under punktenfryser för att bilda is. Forskarna föreslog att järn inte kunde stelna till en hexagonal form om det var nästan 1 340°C kallare än den inre kärnan. I början av 2022 publicerades modellering i atomskala som tyder på att järn som ackumuleras i den inre kärnan först kan kristallisera i en kubisk form innan det övergår till en hexagonal form.
Hur hänger den inre kärnan och livet på jorden ihop?
Enligt uppgifter från en vulkanisk formation som dök upp för 565 miljoner år sedan på norra stranden av St. River i Lawrence var magnetfältet vid den tiden en tiondel av vad det är idag.
Detta berodde troligen på att det yttrekärnan tappade värme snabbt, säger Peter Driscoll, geodynamiker vid Carnegie Institution for Science. Om jordens magnetfält skulle försvinna helt och hållet, skulle livet när det utvecklades bli kraftigt utsatt för strålning från solflammor. Ökad strålning kan tömma syre, en värdefull resurs för allt liv.
Bara 30 miljoner år senare, intensiteten av den magnetiskamarginalerna steg till 70 % av nuvarande värden. Ungefär samtidigt skapade den aktiva utvecklingen av livet en revolution på jorden. Det var då de flesta grupper av djur uppstod, de första landlevande arterna dök upp.
Kanske den begynnande världen och allt levandepå planeten jorden har sin existens att tacka den inre järnkärnan, som ligger 5 000 km nedanför, under våra fötter. Nu försöker forskare reproducera de tillstånd som finns i kärnan i laboratoriet: en svår men nödvändig uppgift. Med hjälp av ett sådant experiment går det att bekräfta de slutsatser som forskare gjort tidigare utifrån matematiska modeller.