Ziemia, jak i wiele innych skalistych planet, składa się z trzech zasadniczych warstw – skorupy, płaszcza i jądra. Najbardziej środkową część naszej planety wydzielamy jeszcze ze względu na stan skupienia. Jądro wewnętrzne jest stałe, a zewnętrzne – płynne. Przepływ materii pomiędzy tymi wszystkimi warstwami wciąż pozostaje zagadką dla świata naukowego.
Czytaj też: Ziemia nigdy nie czuła większego kryzysu. Przyczynę sprzed milionów lat znaleźli w Chinach
Problemem i zarazem wyzwaniem dla badaczy jest fakt, że nie jesteśmy w stanie empirycznie zbadać wnętrza Ziemi. Prawdopodobnie nigdy nie dowiercimy się do górnego płaszcza (ok. 20-30 kilometrów), o granicy między nim a jądrem zewnętrznym nawet nie wspominając (2900 kilometrów). Pozostają nam zatem liczne symulacje i eksperymenty laboratoryjne, które mogą dawać jakiś pośredni obraz tego, co się dzieje pod naszymi stopami.
Pole magnetyczne powstające w jądrze planety może być okresowo „wyłączane”
Niezwykle intrygującą kwestią w badaniach nad naturą planet jest to, co się dzieje w ich jądrach. Zazwyczaj są to obszary tak ekstremalnie gorące i pod dużym ciśnieniem, że materia zachowuje się tam zupełnie inaczej (z perspektywy obserwatora na powierzchni planety). Zazwyczaj serce skalistych planet zbudowane jest w większości z żelaza. Taki skład ma istotny wpływ na generowanie pola magnetycznego, a ono natomiast jest gwarantem dla utrzymania życia chociażby na Ziemi.
Francuscy geolodzy z Université Grenoble Alpes i Aix Marseille University uważają, że specyficzny ruch wewnątrz żelaznego jądra, który nazywają „opadami śniegu”, może powodować okresowe wyłączanie pola magnetycznego. Uspokajają jednak, że problem nie dotyczy Ziemi, która ma bardzo silne pole, ale tylko mniejszych ciał skalistych takich jak Merkury czy księżyc Jowisza – Ganimedes.
Czytaj też: Grawitacja Ziemi może rozszarpywać niebezpieczne kosmiczne skały. Na nasze szczęście
Na łamach Geophysical Research Letters opisali oni nietypowy eksperyment, który przeprowadzili w laboratorium. Stworzyli oni model, który w pewnych aspektach naśladuje to, co się może dziać w płynnym jądrze planetarnym. Podobnie jak woda zamienia się w chmurach w śnieg, a następnie spada na ziemię, gdzie jest cieplej i się topi, tak w środku skalistego ciała może dochodzić do analogicznych przemian.
„Śnieg” we wnętrzu planety może wpływać na pole magnetyczne
Francuzi skonstruowali zbiornik z wodą, która była chłodzona od spodu. Przy dnie znajdowała się warstwa wody słonej, aby zapobiec przyleganiu kryształków lodu. W drodze eksperymentu woda była stopniowo od dołu mrożona. Następnie zaczęły pojawiać się pierwsze kryształki lodu, które z racji, że mają mniejszą gęstość od wody, zaczęły unosić się do góry. Ten ruch kryształków spowodował powstanie prądu, który zaczął ogrzewać także dolne warstwy wody i tym samym zatrzymał cały proces. Kiedy woda zdążyła się „uspokoić” i ostygnąć, proces ruszył od nowa.
Czytaj też: W jądrze Ziemi pada „śnieg”. Niewiarygodne wyjaśnienie anomalii, której nie rozumiał świat
Wyliczono, że cały cykl takiego aktywnego tworzenia kryształków, generowania prądu wodnego oraz jego zatrzymania trwał 1400 sekund (23 minuty i 20 sekund). Chociaż eksperyment wydaje się banalny, to daje nam cenną podpowiedź, że coś podobnego może dziać się we wnętrzu planet.
Aby to zrozumieć, znów musimy uruchomić swoją wyobraźnię. Mamy granicę pomiędzy stałym płaszczem planety a jej płynnym jądrem. Płaszcz jest chłodniejszy, a jądro cieplejsze. Część żelazistej materii jądra może się ochładzać w kontakcie z płaszczem i wskutek tego krystalizować. Ponieważ żelazo w stanie stałym się cięższe, zacznie ono opadać na „dno” jądra planetarnego. Gdzie tam natomiast zostanie znów stopione. W ten sposób generuje się podobny „opad śniegu”, który może działać jak dynamo generujące pole magnetyczne. Skoro wiadomo, że ów opad występuje okresowo, tak samo może dziać się z planetarnym polem magnetycznym.
Czytaj też: Śnieg na Marsie. Łazik Zhurong to potwierdził
Oczywiście badania francuskich uczonych nie rozwiązują wszystkich problemów. Tak naprawdę są one paradoksalnie czubkiem góry lodowej. Pozostaje do wyjaśnienia kwestia tego, jaki musi być stopień schłodzenia płynnego żelaza, aby zaczęły formować się kryształy oraz w jaki sposób poruszają się „śnieżynki” na dużą skalą w jądrze. Prawdopodobnie najlepiej byłoby odtworzyć chociaż częściowo warunki wysokiego ciśnienia i temperatury, aby poznać prawdziwą naturę płynnej materii rozgrzanej do ekstremalnych wartości.
Jeśli hipoteza okaże się prawdziwa, wówczas będzie można pójść z wysuwaniem wniosków dalej. Nie wykluczone, że niektóre z mniejszych planet lub księżyców miały w przeszłości pole magnetyczne, które dawało swoistą ochronę przed promieniowaniem słonecznym i stwarzało bardziej przyjazne warunki do powstania życia.