2 юни 2016 г.

Земята, както и много други небесни тела, притежава магнитно поле, което играе огромна роля в живота ни. То ни защитава от високоенергийните частици на слънчевия вятър, които са убийствени за живота на планетата; позволява ни да се ориентираме за местоположението си с помощта на компаси, а промените в него – т.нар. магнитни бури, влияят както на самочувствието ни, така и на работата на техниката ни.

Въпреки многогодишните изследвания физиците така и нямаха точна и ясна представа за механизма, който поражда магнитното поле на планетата. Към момента основната теоретична постановка обяснява появата на магнитното поле на планетите с т.нар. магнитно динамо, наричано още и геодинамо.

Главна роля в него играе това, че земното ядро е съставено от твърдо вътрешно ядро и течно (разтопено) външно ядро. Топлината, която се отделя във вътрешното ядро в резултат на протичащите там ядрени реакции, поражда сложното конвекционално движение на течното вещество във външното ядро. По аналогичен начин, например, огънят под тенджерата кара водата в нея да се движи. Въртенето на Земята около оста ѝ превръща цялата тази система в динамо машина, генерираща магнитно поле.

Този модел, въпреки че описва добре свойствата на магнитното поле на планетите от земната група, има и редица несъвършенства и проблемни постановки. Една от тях е откритият през 2012 година т.нар. “нов парадокс на ядрото”. Същността му се състои в това, че според съвременните представи твърдото ядро се е формирало преди около милиард и половина години, или иначе казано – механизмът на геодинамото също трябва да се е задействал по това време. Но палеомагнитните изследвания, базиращи се на факта, че разтопените скали в момента на изстиването си “запомнят” посоката на магнитното поле, показват, че Земята е имала магнитно поле още преди 3,5 милиарда години.

За да се обясни парадокса трябва точно да се измери топлопроводимостта на материала на твърдото ядро на Земята, което е съставено предимно от желязо. Обаче в центъра на планетата ни желязото се намира в екстремални условия: огромни налягания и температури, затова и свойствата му може значително да се различават от измерванията на повърхността.

Със задачата да измерят тези параметри се заемат учени от международен екип, воден от бившия сътрудник в Института по кристалография в Руската академия на науките Александър Гончаров, който в момента работи за Вашингтонския институт “Карнеги”. За да създадат огромното налягане учените са използвали инструмент, наречен “клетка с магнитни наковални”. Желязната проба се поставя в нея между две диамантени “наковални”, играещи ролята на много специално менгеме. Натиска се предава върху работни площи с много малък диаметър, а благодарение на изключителната твърдост на диамантените “челюсти на клетката”, се постигат необходимите огромни стойности на налягането. Високата температура се постига, като пробата се нагрява с помощта на лазер директно през прозрачните диамантени челюсти на “менгемето”.

С тази опитна постановка учените са измерили топлопроводимостта на желязото при налягане между 345 000 и 1,3 милиона пъти по-високо от атмосферното и температура в интервала 1300 – 2700 градуса по Целзий. Това са условия, сходни с тези в недрата на планети с размери като на Меркурий и Земята. Резултатите от изследването са публикувани в статия за списание Nature.

Достатъчно ниските стойности на топлопроводимостта на твърдото желязо, получени в хода на експеримента, позволява на авторите на разработката да направят извода, че механизмът на геодинамото е започнал да работи още в началото на историята на планетата ни. Твърдото ядро също трябва да е с подобна възраст.


0 коментара:

Публикуване на коментар