W ciągu 4,5 mld lat historii Ziemi jej całkowicie płynne żelazne jądro ostygło na tyle, że utworzyło w środku stałą kulę. Obecnie jądro naszej planety składa się z litego wewnętrznego jądra żelaznego otoczonego rdzeniem zewnętrznym ze stopionego żelaza.

Rdzeń pełni istotną rolę, bo tworzy osłonę magnetyczną, która chroni naszą planetę przed szkodliwymi strumieniami promieniowania słonecznego. To dzięki temu ​​Ziemia nadaje się do zamieszkania. Naukowcy mają jednak problem z oszacowaniem wieku jądra naszej planety. Niedawno amerykańscy badacze stworzyli w laboratorium warunki zbliżone do centrum Ziemi i ustalili, że jądro jest znacznie starsze, niż wydawało się do tej pory. Wcześniejsze badania mówiły, że liczy ono 565 mln lat, jednak okazuje się, że może mieć nawet 1,3 mld lat.

Wyniki badań pomogą określić sposób, w jaki rdzeń przewodzi ciepło oraz źródła energii, które zasilają geodynamikę planety, czyli mechanizm podtrzymujący pole magnetyczne Ziemi.

– Ludzie są bardzo ciekawi wiedzy o pochodzeniu geodynamiki, sile pola magnetycznego, ponieważ przyczyniają się one do przystosowania planety do życia – tłumaczy Jung-Fu Lin, profesor na Uniwersytecie Teksasu, który kierował badaniami.

Obecnie w jądrze Ziemi występują dwa rodzaje konwekcji: termiczna, generowana przez wahania temperatury, oraz kompozycyjna, w której lżejsze pierwiastki uwolnione na granicy wewnętrznego rdzenia wznoszą się przez płynny rdzeń zewnętrzny. W obu przypadkach wytwarzane są prądy elektryczne, które ładują rdzeń. Zanim jednak wykrystalizował się stały rdzeń, w jądrze Ziemi możliwa była tylko konwekcja termiczna.

Aby przewodzić i utrzymywać takie temperatury, które pozwolą generować geodynamo, przewodność cieplna żelaza musi być bardzo wysoka. Zespół amerykańskich naukowców postanowił przyjrzeć się przewodności cieplnej żelaza pod ciśnieniem i w temperaturach zbliżonych do temperatur w rdzeniu. Osiągnęli to poprzez ściskanie podgrzanych laserem próbek żelaza między dwoma diamentowymi kowadłami.

– Gdy oszacowaliśmy, ile ciepła przepływa z zewnętrznego jądra do dolnego płaszcza ziemskiego, mogliśmy określić, kiedy Ziemia ostygła dostatecznie do tego stopnia, że rdzeń wewnętrzny zaczął się krystalizować – tłumaczy Jung-Fu Lin. – Dzięki lepszym informacjom na temat przewodnictwa i strumienia ciepła mogliśmy dokładniej oszacować wiek wewnętrznego rdzenia Ziemi.

Naukowcom udało się zmierzyć przewodność elektryczną i cieplną próbki pod ciśnieniem 170 gigapaskali (1,7 mln razy większe niż ciśnienie atmosferyczne) oraz w temperaturze 3 tys. kelwinów. Kiedy zmierzyli przewodnictwo w próbce, okazało się, że jest ono nawet o 50 proc. niższe niż to, co byłoby wymagane dla oszacowania wieku rdzenia wewnętrznego na 565 mln lat. Naukowcy ustalili górną granicę przewodnictwa cieplnego ciekłego żelaza w warunkach rdzenia, a dzięki temu mogli oszacować wiek wewnętrznego jądra Ziemi na 1–1,3 mld lat.