Ved at skabe betingelser svarende til Jordens centrum inde i et laboratoriekammer har forskere forbedret estimatet af alderen på vores planets solide indre kerne, og sætte den til 1 milliard til 1,3 milliarder år gammel.
Resultaterne placerer kernen i den yngre ende af et aldersspektrum, der norm alt strækker sig fra omkring 1,3 milliarder til 4,5 milliarder år, men de gør det også en del ældre end et nyligt estimat på kun 565 millioner år.
Ydermere hjælper eksperimenterne og de ledsagende teorier med at fastlægge størrelsen af, hvordan kernen leder varme, og de energikilder, der driver planetens geodynamo - mekanismen, der opretholder Jordens magnetfelt, som holder kompasserne pegende mod nord og hjælper med at beskytte liv mod skadelige kosmiske stråler.
"Folk er virkelig nysgerrige og begejstrede for at vide om oprindelsen af geodynamo, styrken af magnetfeltet, fordi de alle bidrager til en planets beboelighed," sagde Jung-Fu Lin, professor ved University of Texas ved Austin's Jackson School of Geosciences, der ledede forskningen.
Resultaterne blev offentliggjort den 13. august i tidsskriftet Physical Review Letters.
Jordens kerne er for det meste lavet af jern, hvor den indre kerne er fast og den ydre kerne er flydende. Jernets effektivitet til at overføre varme gennem ledning - kendt som termisk ledningsevne - er nøglen til at bestemme en række andre egenskaber ved kernen, herunder hvornår den indre kerne blev dannet.
I årenes løb er estimater for kernealder og ledningsevne gået fra meget gammel og relativt lav til meget ung og relativt høj. Men disse yngre estimater har også skabt et paradoks, hvor kernen skulle have nået urealistisk høje temperaturer for at opretholde geodynamoen i milliarder af år før dannelsen af den indre kerne.
Den nye forskning løser det paradoks ved at finde en løsning, der holder temperaturen i kernen inden for realistiske parametre. At finde den løsning afhang af direkte måling af jernets ledningsevne under kernelignende forhold - hvor trykket er større end 1 million atmosfærer, og temperaturer kan måle sig med dem, der findes på solens overflade.
Forskerne opnåede disse forhold ved at presse laseropvarmede prøver af jern mellem to diamantambolte. Det var ikke en let bedrift. Det tog to år at få passende resultater.
"Vi stødte på mange problemer og fejlede flere gange, hvilket gjorde os frustrerede, og vi gav næsten op," sagde artiklens medforfatter Youjun Zhang, lektor ved Sichuan Universitet i Kina. "Med de konstruktive kommentarer og opmuntringer fra professor Jung-Fu Lin fik vi endelig fundet ud af det efter adskillige testkørsler."
Den nyligt målte ledningsevne er 30 % til 50 % mindre end ledningsevnen for det unge kerne-estimat, og det antyder, at geodynamoen blev opretholdt af to forskellige energikilder og mekanismer: termisk konvektion og sammensætningskonvektion. I starten blev geodynamoen vedligeholdt af termisk konvektion alene. Nu spiller hver mekanisme omtrent en lige så vigtig rolle.
Lin sagde, at med denne forbedrede information om ledningsevne og varmeoverførsel over tid kunne forskerne foretage et mere præcist skøn over alderen af den indre kerne.
"Når du faktisk ved, hvor meget af den varmeflux fra den ydre kerne til den nederste kappe, kan du faktisk tænke på, hvornår Jorden afkølede tilstrækkeligt til det punkt, at den indre kerne begynder at krystallisere," sagde han.
Denne reviderede alder af den indre kerne kunne korrelere med en stigning i styrken af Jordens magnetfelt som registreret ved arrangementet af magnetiske materialer i klipper, der blev dannet omkring dette tidspunkt. Tilsammen tyder beviserne på, at dannelsen af den indre kerne var en væsentlig del af skabelsen af nutidens robuste magnetfelter.
The National Science Foundation og National Natural Science Foundation of China støttede forskningen.
