Cirka 1 800 miles under våra fötter genererar virvlande flytande järn i jordens yttre kärna vår planets skyddande magnetfält. Detta magnetfält är osynligt men är livsviktigt för livet på jordens yta eftersom det skyddar planeten från solvinden – strålningsströmmar från solen.

För cirka 565 miljoner år sedan minskade dock magnetfältets styrka till 10 procent av dess styrka idag. Sedan, mystiskt nog, studsade fältet tillbaka och återfick sin styrka strax före den kambriska explosionen av flercelligt liv på jorden.

Vad fick magnetfältet att studsa tillbaka?

Enligt ny forskning från forskare vid University of Rochester skedde denna föryngring inom några tiotals miljoner år – snabbt på geologiska tidsskalor – och sammanföll med bildandet av jordens fasta inre kärna, vilket tyder på att kärnan sannolikt är en direkt orsak.

"Den inre kärnan är oerhört viktig", säger John Tarduno, William R. Kenan, Jr., professor i geofysik vid institutionen för geo- och miljövetenskaper och dekan för forskning för konst, vetenskap och teknik vid Rochester. "Precis innan den inre kärnan började växa var magnetfältet vid punkten för kollaps, men så fort den inre kärnan började växa regenererades fältet."

I tidningen, publicerad i Nature Communications , fastställde forskarna flera nyckeldatum i den inre kärnans historia, inklusive en mer exakt uppskattning av dess ålder. Forskningen ger ledtrådar om jordens historia och framtida utveckling och hur den blev en beboelig planet, samt utvecklingen av andra planeter i solsystemet.

Låsa upp information i gamla klippor

Jorden består av lager:skorpan, där livet finns; manteln, jordens tjockaste lager; den smälta yttre kärnan; och den solida inre kärnan, som i sin tur är sammansatt av en yttersta innerkärna och en innersta innerkärna.

Jordens magnetfält genereras i dess yttre kärna, där virvlande flytande järn orsakar elektriska strömmar, som driver ett fenomen som kallas geodynamo som producerar magnetfältet.

På grund av magnetfältets förhållande till jordens kärna, har forskare försökt i årtionden att fastställa hur jordens magnetfält och kärna har förändrats genom vår planets historia. De kan inte direkt mäta magnetfältet på grund av platsen och extrema temperaturer hos material i kärnan. Lyckligtvis innehåller mineraler som stiger till jordens yta små magnetiska partiklar som låser sig i magnetfältets riktning och intensitet när mineralerna svalnar från sitt smälta tillstånd.

För att bättre begränsa åldern och tillväxten av den inre kärnan använde Tarduno och hans team en CO₂ laser och labbets supraledande kvantinterferensanordning (SQUID) magnetometer för att analysera fältspatkristaller från berganortositen. Dessa kristaller har små magnetiska nålar inom sig som är "perfekta magnetiska brännare", säger Tarduno.

Genom att studera magnetismen låst i forntida kristaller – ett fält som kallas paleomagnetism – fastställde forskarna två nya viktiga datum i historien om den inre kärnan:

• 550 miljoner år sedan :tiden då magnetfältet började förnyas snabbt efter en nära kollaps 15 miljoner år innan dess. Forskarna tillskriver den snabba förnyelsen av magnetfältet till bildandet av en solid inre kärna som laddade den smälta yttre kärnan och återställde magnetfältets styrka.
• 450 miljoner år sedan :tidpunkten då den växande inre kärnans struktur förändrades, vilket markerar gränsen mellan den innersta och yttersta inre kärnan. Dessa förändringar i den inre kärnan sammanfaller med förändringar ungefär samtidigt i strukturen på den överliggande manteln, på grund av plattektonik på ytan.

"Eftersom vi begränsade den inre kärnans ålder mer exakt, kunde vi utforska det faktum att den nuvarande inre kärnan faktiskt består av två delar," säger Tarduno. "Plattektoniska rörelser på jordens yta påverkade indirekt den inre kärnan, och historien om dessa rörelser är inpräntad djupt inuti jorden i den inre kärnans struktur."

Undvika ett Mars-liknande öde

Bättre förståelse för dynamiken och tillväxten av den inre kärnan och magnetfältet har viktiga implikationer, inte bara när det gäller att avslöja jordens förflutna och förutsäga dess framtid, utan för att reda ut hur andra planeter kan bilda magnetiska sköldar och upprätthålla de villkor som är nödvändiga för att hysa liv .

Forskare tror att Mars, till exempel, en gång hade ett magnetfält, men fältet försvann och lämnade planeten sårbar för solvind och ytan utan hav. Även om det är oklart om frånvaron av ett magnetfält skulle ha fått jorden att möta samma öde, "Jorden skulle definitivt ha förlorat mycket mer vatten om jordens magnetfält inte hade återskapats", säger Tarduno. "Planeten skulle vara mycket torrare och mycket annorlunda än planeten idag."

När det gäller planetarisk evolution betonar forskningen vikten av en magnetisk sköld och en mekanism för att upprätthålla den, säger han.

"Denna forskning belyser verkligen behovet av att ha något som en växande inre kärna som upprätthåller ett magnetiskt fält under hela livet - många miljarder år - av en planet." + Utforska vidare

Ny forskning ger bevis på ett starkt tidigt magnetfält runt jorden