Jedną z najważniejszych cech Ziemi — przynajmniej dla żyjących na jej powierzchni organizmów — jest jej silne pole magnetyczne, które skutecznie chroni nas przed szkodliwym promieniowaniem kosmicznym oraz wiatrem słonecznym. Pole magnetyczne Ziemi generowane jest przez rotujące płynne zewnętrzne jądro naszej planety. Tak przynajmniej wskazuje nasza aktualna wiedza. Trzeba tutaj jednak podkreślić, że mimo dekad badań wciąż nie wiemy, jakie dokładnie procesy odpowiadają za powstawanie tego pola.
Wykorzystując w swojej pracy jeden z najsilniejszych magnesów na powierzchni naszej planety, badacze byli w stanie przetestować zupełnie nową teorię opisującą powstawanie pola magnetycznego Ziemi.
Zajrzyjmy najpierw do wnętrza Ziemi
Nasza planeta o średnicy niecałych 13000 kilometrów składa się z cienkiej skorupy, grubego płaszcza, płynnego zewnętrznego jądra oraz zestalonego jądra wewnętrznego. Tyle dowiadujemy się podczas lekcji geografii w szkole podstawowej.
Gorące jądro wewnętrzne jest na tyle gorące, że utrzymuje ono otaczające je zewnętrzne jądro w stanie płynnym. Ciepło generowane w jądrze wewnętrznym utrzymywane jest w płynnym zewnętrznym jądrze przez konwekcję. Tutaj jednak pojawiają się pewne komplikacje. Wyobraźmy sobie, że jądro naszej planety umieszczone jest w swoistym cylindrze, który rozciąga się wzdłuż osi planety nad i pod jądrem. Mamy tutaj do czynienia z rotacją, która wywołuje tzw. siłę Coriolisa, która pojawia się praktycznie w każdym rotującym obiekcie.
Czytaj także: Jądro Ziemi zachowuje się w niewyjaśniony sposób. Historia powtarza się w regularnych odstępach
Naukowcy podkreślają jednak tutaj, że siła Coriolisa w jądrze jest nieporównanie większa (nawet miliony razy większa) od lepkości stopionego metalu. Skutkiem tego, żadna ciecz nie jest w stanie wydostać się z opisanego wyżej cylindra. Tak przynajmniej mówi twierdzenie Taylora-Proudmana, które wykorzystuje się jako uproszczenie jądra Ziemi.
Problem jednak w tym, że pomiary wykonywane przez satelity znajdujące się na orbicie wokół Ziemi wskazują, że to ograniczenie nie jest wystarczająco precyzyjne. Może to być spowodowane tym, że model ten nie uwzględnia siły magnetycznej, która jest niezwykle istotna. Badacze wskazują bowiem, że nie tylko stopiony metal kształtuje nasze pole magnetyczne, ale także pole magnetyczne kształtuje ruch ciekłego metalu.
Aby przyjrzeć się tym zależnościom, naukowcy wykorzystali roztwór kwasu siarkowego, który został umieszczony w rotującym zbiorniku i podgrzany wewnątrz urządzenia Little Earth Experiment, które jest w stanie generować pola magnetyczne nawet sto razy silniejsze od tych, które występują w plamach słonecznych, które przecież są najsilniejszymi naturalnymi magnesami w całym naszym układzie planetarnym.
Czytaj także: Wewnętrzne jądro Ziemi obraca się coraz wolniej. To będzie miało wpływ na powierzchnię planety
W ten sposób stworzono miniaturową wersję płynnego jądra Ziemi. Następnie za pomocą laserów wykonano pomiary ruchu płynów wewnątrz powstałego cylindra. Ku zaskoczeniu badaczy okazało się, że wyniki eksperymentu zdają się przeczyć standardowemu opisowi zachowania wirujących płynów. Owszem, w Ziemi mamy jeszcze faktyczne granice między jądrem zewnętrznym, wewnętrznym i płaszczem. Nie zmienia to jednak faktu, że przepływ stopionego metanu w zewnętrznym jądrze Ziemi istotnie wpływa na pole magnetyczne naszej planety, a nawet odpowiada za jego powstawanie.
To jednak dopiero początek badań. Teraz naukowcy chcą podnieść poprzeczkę i przeanalizować bardziej skomplikowane struktury geometryczne i przepływ płynów w ich wnętrzu. Każdy z takich modeli będzie następnie porównywany z obserwacjami pola magnetycznego na Ziemi. Być może w ten sposób dowiemy się, co tak naprawdę dzieje się tysiące kilometrów pod naszymi stopami.