Ob ein Planet ein Magnetfeld hat oder nicht, trägt wesentlich dazu bei, festzustellen, ob er bewohnbar ist oder nicht. Während die Erde eine starke Magnetosphäre hat, die das Leben vor schädlicher Strahlung schützt und verhindert, dass der Sonnenwind seine Atmosphäre abstreift, tun es Planeten wie der Mars nicht mehr. Daher ist es von einer Welt mit einer dickeren Atmosphäre und flüssigem Wasser auf der Oberfläche zu einem kalten, ausgetrockneten Ort geworden, der es heute ist.
Aus diesem Grund haben Wissenschaftler lange versucht zu verstehen, was das Erdmagnetfeld antreibt. Bisher bestand Konsens darüber, dass es sich um den Dynamoeffekt handelte, der durch den flüssigen äußeren Kern der Erde erzeugt wurde, der sich in die entgegengesetzte Richtung der Erdrotation dreht. Neue Forschungsergebnisse des Tokyo Institute of Technology legen jedoch nahe, dass dies möglicherweise auf das Vorhandensein von Kristallisation im Erdkern zurückzuführen ist.
Die Forschung wurde von Wissenschaftlern des Earth-Life Science Institute (ELSI) an der Tokyo Tech durchgeführt. Laut ihrer Studie mit dem Titel "Kristallisation von Siliziumdioxid und Zusammensetzungsentwicklung des Erdkerns", die kürzlich in Natur - Die Energie, die das Erdmagnetfeld antreibt, hat möglicherweise mehr mit der chemischen Zusammensetzung des Erdkerns zu tun.
Besonders besorgniserregend für das Forschungsteam war die Geschwindigkeit, mit der sich der Erdkern im Laufe der geologischen Zeit abkühlt - was seit einiger Zeit Gegenstand von Debatten ist. Und für Dr. Kei Hirose - den Direktor des Earth-Life Science Institute und Hauptautor des Papiers - war es eine lebenslange Verfolgung. In einer Studie aus dem Jahr 2013 teilte er Forschungsergebnisse mit, die darauf hinwiesen, dass sich der Erdkern möglicherweise stärker abgekühlt hat als bisher angenommen.
Er und sein Team kamen zu dem Schluss, dass sich der Kern seit der Entstehung der Erde (vor 4,5 Milliarden Jahren) möglicherweise um bis zu 1.000 ° C abgekühlt hat. Diese Ergebnisse waren für die Geowissenschaftler ziemlich überraschend - was zu dem führte, was ein Wissenschaftler als „New Core Heat Paradox“ bezeichnete. Kurz gesagt, diese Kernkühlungsrate würde bedeuten, dass eine andere Energiequelle erforderlich wäre, um das Erdmagnetfeld aufrechtzuerhalten.
Darüber hinaus und im Zusammenhang mit dem Thema Kernkühlung gab es einige ungelöste Fragen zur chemischen Zusammensetzung des Kerns. Wie Dr. Kei Hirose in einer Pressemitteilung von Tokyo Tech sagte:
„Der Kern besteht hauptsächlich aus Eisen und etwas Nickel, enthält aber auch etwa 10% Leichtlegierungen wie Silizium, Sauerstoff, Schwefel, Kohlenstoff, Wasserstoff und andere Verbindungen. Wir glauben, dass viele Legierungen gleichzeitig vorhanden sind, aber wir kennen nicht den Anteil jedes Kandidatenelements. "
Um dieses Problem zu lösen, führten Hirose und seine Kollegen von ELSI eine Reihe von Experimenten durch, bei denen verschiedene Legierungen ähnlichen Wärme- und Druckbedingungen ausgesetzt waren wie im Erdinneren. Dies bestand darin, einen Diamantamboss zu verwenden, um staubgroße Legierungsproben zu pressen, um Hochdruckbedingungen zu simulieren, und sie dann mit einem Laserstrahl zu erhitzen, bis sie extreme Temperaturen erreichten.
In der Vergangenheit konzentrierte sich die Forschung an Eisenlegierungen im Kern vorwiegend auf Eisen-Silizium-Legierungen oder Eisenoxid bei hohen Drücken. Für ihre Experimente beschlossen Hirose und seine Kollegen, sich auf die Kombination von Silizium und Sauerstoff zu konzentrieren - von denen angenommen wird, dass sie im äußeren Kern vorhanden sind - und die Ergebnisse mit einem Elektronenmikroskop zu untersuchen.
Die Forscher fanden heraus, dass sich unter extremen Druck- und Hitzebedingungen Proben von Silizium und Sauerstoff zu Siliziumdioxidkristallen vereinigten, deren Zusammensetzung dem in der Erdkruste gefundenen Mineralquarz ähnelte. Ergo zeigte die Studie, dass die Kristallisation von Siliziumdioxid im äußeren Kern bereits im Hadean-Zeitalter genügend Auftrieb freigesetzt hätte, um die Kernkonvektion und einen Dynamoeffekt anzutreiben.
John Hernlund, ebenfalls Mitglied von ELSI und Mitautor der Studie, erklärte:
„Dieses Ergebnis erwies sich als wichtig für das Verständnis der Energie und Entwicklung des Kerns. Wir waren begeistert, weil unsere Berechnungen zeigten, dass die Kristallisation von Siliziumdioxidkristallen aus dem Kern eine immense neue Energiequelle für die Stromversorgung des Erdmagnetfelds darstellen kann. “
Diese Studie liefert nicht nur Belege für die Lösung des sogenannten „New Core Heat Paradox“, sondern kann auch dazu beitragen, unser Verständnis der Bedingungen während der Entstehung der Erde und des frühen Sonnensystems zu verbessern. Wenn Silizium und Sauerstoff im Laufe der Zeit im äußeren Kern Kristalle aus Siliziumdioxid bilden, wird der Prozess früher oder später gestoppt, sobald dem Kern diese Elemente ausgehen.
In diesem Fall können wir davon ausgehen, dass das Erdmagnetfeld darunter leiden wird, was drastische Auswirkungen auf das Leben auf der Erde haben wird. Es hilft auch, die Konzentrationen von Silizium und Sauerstoff, die bei der Entstehung der Erde im Kern vorhanden waren, zu beschränken, was einen großen Beitrag zur Information unserer Theorien über die Entstehung des Sonnensystems leisten könnte.
Darüber hinaus kann diese Forschung Geophysikern helfen, festzustellen, wie und wann andere Planeten (wie Mars, Venus und Merkur) noch Magnetfelder hatten (und möglicherweise zu Ideen führen, wie sie wieder eingeschaltet werden könnten). Es könnte sogar Exoplanetenjagd-Wissenschaftsteams helfen, festzustellen, welche Exoplaneten Magnetosphären haben, wodurch wir herausfinden könnten, welche außersolaren Welten bewohnbar sein könnten.
