Savanții anunță că nucleul Pământului are vârsta de 1 miliard de ani, față de 4,5 miliarde de ani cât are Terra

Postat la: 28.08.2020 |

Nucleul interior solid al Pământului are vârsta de „doar" 1 miliard de ani, potrivit unui studiu publicat în revista Physical Review Letters. Informaţia poate părea surprinzătoare, în condiţiile în care vârsta planetei noastre este estimată la 4,5 miliarde de ani.

Terra este ca un tort format din multiple straturi suprapuse - o crustă solidă, o manta fierbinte şi vâscoasă, şi nucleul, format dintr-o parte exterioară lichidă şi una interioară solidă. Acest nucleu interior solid creşte încet, pe măsură ce fierul topit din partea exterioară a nucleului se răceşte şi se cristalizează. Procesul contribuie la alimentarea mişcării de rotaţie a nucleului exterior lichid, care la rândul său produce câmpul magnetic ce înconjoară Pământul şi protejează întreaga biosferă de efectele nocive ale unei cantităţi mari de radiaţii solare şi cosmice.

Cu alte cuvinte, nucleul intern, solid, al Terrei este un element extrem de important al întregului ansamblu, însă nu se ştiu foarte multe lucruri despre istoria acestei "bile" din fier cu diametrul de 2.442 de kilometri. Estimările cu privire la vârsta sa au variat de la 500 de milioane de ani până la peste 4 miliarde de ani, adică aproape la fel de vechi ca însuşi Pământul.

De această dată, cercetătorii au presat o bucată minusculă de fier între două diamante şi au proiectat raze laser asupra sa pentru a ajunge la o nouă estimare conform căreia vârsta nucleului interior terestru este cuprinsă între 1 miliard şi 1,3 miliarde de ani - perioadă ce coincide cu o creştere puternică a intensităţii câmpului magnetic terestru.

"Pământul este unic în Sistemul Solar prin faptul că are un câmp magnetic şi că este o planetă vie", susţine coordonatorul acestui studiu, Jung-Fu Lin, geolog la Universitatea Texas din Austin. "Rezultatele noastre pot fi folosite pentru a determina de ce alte planete din Sistemul Solar nu au câmpuri magnetice".

Câmpul magnetic terestru este alimentat de un "geodinam" - dinamica nucleului exterior bogat în fier transformă întreaga planetă într-un uriaş electromagnet. Geodinamul este responsabil de existenţa polilor magnetici şi de scutul magnetic care ne protejează de radiaţiile cosmice şi de cele solare. În absenţa sa, aceste particule ar distruge încet, dar sigur atmosfera terestră.

Parţial, mişcarea nucleului interior este alimentată de căldură - sau energie termică. Pe măsură ce nucleul terestru se răceşte gradual, se cristalizează dinspre interior spre exterior. Acest proces de cristalizare eliberează energie care la rândul ei alimentează mai departe mişcarea nucleului exterior în lichid (topit). Această energie eliberată de procesul de cristalizare (solidificare) este sursa de energie compoziţională a geodinamului, conform lui Lin.

În cadrul experimentului pe care l-a coordonat, Lin a dorit să folosească dovezi empirice pentru a calcula energia provenită de la fiecare dintre aceste surse. Cunoaşterea volumului de energie permite estimarea vârstei nucleului intern.

Pentru a reuşi acest lucru, cercetătorii au recreat condiţiile din nucleu la o scară redusă. Ei au încălzit o bucată minusculă de fier cu grosimea de 6 microni (de dimensiunea unei celule roşii din sânge) până la temperatura de 2.727 de grade Celsius şi au simulat presiunea enormă din centrul Pământului, presând bucata de fier între două diamante. Apoi au măsurat conductivitatea bucăţii de fier în aceste condiţii.

Măsurarea conductivităţii le-a permis cercetătorilor să calculeze ritmul de răcire al nucleului ce contribuie la menţinerea activă a geodinamului. Ei au descoperit că geodinamul a atras aproximativ 10 terrawaţi de energie de la nucleul răcit - puţin peste o cincime din nivelul de energie termică pe care Pământul o pierde în spaţiu de la suprafaţă (46 de terrawaţi).

Odată ce au calculat cantitatea de energie pierdută, cercetătorii au putut calcula vârsta nucleului interior al planetei. Cunoaşterea ratei de pierdere a căldurii le-a permis cercetătorilor să calculeze de cât timp a fost nevoie pentru a ajunge la o masă solidă de dimensiunea nucleului intern solid, dintr-un "ocean" interior de fier topit.

Rezultatul obţinut, de 1 miliard - 1,3 miliarde de ani, arată că nucleul Pământului este relativ tânăr. Există şi estimări mai reduse, aşa cum a fost cea publicată în 2016 de revista Nature, care susţinea că vârsta nucleului interior ar fi de 700 de milioane de ani. Această estimare din 2016 a fost realizată printr-o metodă similară cu cea folosită de Jung-Fu Lin, însă pentru a obţine noua estimare s-au folosit instrumente mai performante pentru a atinge nivelul de temperatură şi presiune generate în nucleu.

În plus, analiza unor roci magnetice străvechi a dezvăluit faptul că a existat o intensificare a câmpului magnetic terestru într-o perioadă cuprinsă între acum 1 miliard şi 1,5 miliarde de ani, conform unui studiu publicat în 2015 tot de Nature. Noile rezultate se aliniază perfect cu aceste dovezi, pentru că această cristalizare a nucleului interior a oferit un "boost" câmpului magnetic, mai explică Lin.

Există încă întrebări cu privire la modul în care se deplasează căldura în jurul nucleului terestru. Spre deosebire de bucata de fier folosită în experiment, nucleul Pământului nu este format doar din acest metal - el conţine şi alte elemente mai uşoare, cum sunt carbonul, hidrogenul, oxigenul, siliciul şi sulful. Însă proporţia acestor elemente mai uşoare nu este cunoscută şi din acest motiv este dificil de speculat cum modifică ele conductivitatea nucleului intern. Acesta este noul subiect de cercetare ales de Lin şi de echipa sa.

"Încercăm să înţelegem modul în care aceste elemente uşoare modifică proprietăţile de conductivitate termică ale fierului în condiţiile de presiune şi de temperatură din centrul Pământului", a mai susţinut Lin.