Door omstandigheden te creëren die lijken op het centrum van de aarde in een laboratoriumkamer, onderzoekers hebben de schatting van de leeftijd van de vaste binnenkern van onze planeet verbeterd, wat het op 1 miljard tot 1,3 miljard jaar oud zet.

De resultaten plaatsen de kern aan de jongere kant van een leeftijdsspectrum dat gewoonlijk loopt van ongeveer 1,3 miljard tot 4,5 miljard jaar, maar ze maken het ook een stuk ouder dan een recente schatting van slechts 565 miljoen jaar.

Bovendien, de experimenten en bijbehorende theorieën helpen de omvang vast te stellen van hoe de kern warmte geleidt, en de energiebronnen die de geodynamo van de planeet aandrijven - het mechanisme dat het magnetisch veld van de aarde ondersteunt, die ervoor zorgt dat kompassen naar het noorden blijven wijzen en het leven helpt beschermen tegen schadelijke kosmische straling.

"Mensen zijn erg nieuwsgierig en enthousiast over de oorsprong van de geodynamo, de sterkte van het magnetische veld, omdat ze allemaal bijdragen aan de bewoonbaarheid van een planeet, " zei Jung-Fu Lin, een professor aan de Universiteit van Texas aan de Jackson School of Geosciences in Austin, die het onderzoek leidde.

De resultaten zijn op 13 augustus gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

De kern van de aarde bestaat grotendeels uit ijzer, waarbij de binnenkern vast is en de buitenkern vloeibaar. De effectiviteit van het ijzer bij het overbrengen van warmte door geleiding - bekend als thermische geleidbaarheid - is de sleutel tot het bepalen van een aantal andere kenmerken van de kern, inclusief wanneer de binnenkern gevormd.

Door de jaren heen, schattingen voor kernleeftijd en geleidbaarheid zijn van zeer oud naar relatief laag gegaan, tot zeer jong en relatief hoog. Maar deze jongere schattingen hebben ook een paradox gecreëerd, waar de kern onrealistisch hoge temperaturen zou hebben moeten bereiken om de geodynamo miljarden jaren te behouden voordat de binnenkern werd gevormd.

Het nieuwe onderzoek lost die paradox op door een oplossing te vinden die de temperatuur van de kern binnen realistische parameters houdt. Het vinden van die oplossing was afhankelijk van het direct meten van de geleidbaarheid van ijzer onder kernachtige omstandigheden - waar de druk groter is dan 1 miljoen atmosfeer en temperaturen kunnen wedijveren met die op het oppervlak van de zon.

De onderzoekers bereikten deze voorwaarden door met laser verwarmde monsters van ijzer tussen twee diamanten aambeelden te persen. Het was geen gemakkelijke prestatie. Het duurde twee jaar om geschikte resultaten te krijgen.

"We kwamen veel problemen tegen en faalden meerdere keren, waardoor we gefrustreerd raakten, en we gaven het bijna op, " zei co-auteur van het artikel Youjun Zhang, een universitair hoofddocent aan de Sichuan University in China. "Met de constructieve opmerkingen en aanmoediging van professor Jung-Fu Lin, we zijn er uiteindelijk uitgekomen na verschillende testritten."

De nieuw gemeten geleidbaarheid is 30% tot 50% minder dan de geleidbaarheid van de jonge kernschatting, en het suggereert dat de geodynamo werd onderhouden door twee verschillende energiebronnen en mechanismen:thermische convectie en compositorische convectie. Aanvankelijk werd de geodynamo in stand gehouden door alleen thermische convectie. Nutsvoorzieningen, elk mechanisme speelt ongeveer een even belangrijke rol.

Lin zei dat met deze verbeterde informatie over geleidbaarheid en warmteoverdracht in de loop van de tijd, de onderzoekers zouden een preciezere schatting kunnen maken van de leeftijd van de binnenkern.

"Als je eenmaal weet hoeveel van die warmtestroom van de buitenste kern naar de onderste mantel, je kunt er echt over nadenken wanneer de aarde voldoende is afgekoeld tot het punt dat de binnenkern begint te kristalliseren, " hij zei.

Deze herziene leeftijd van de binnenkern zou kunnen correleren met een piek in de sterkte van het aardmagnetisch veld, zoals vastgelegd door de rangschikking van magnetische materialen in gesteenten die rond deze tijd werden gevormd. Samen, het bewijs suggereert dat de vorming van de binnenkern een essentieel onderdeel was van het creëren van de robuuste magnetische velden van vandaag.