Potrivit estimărilor recente, nucleul intern solid al Pământului a început să se formeze în urmă cu o jumătate de miliard și un miliard de ani. Cu toate acestea, noile noastre măsurători ale rocilor antice pe măsură ce se răcesc din magmă au indicat că, de fapt, este posibil să fi început să se formeze cu mai mult de o jumătate de miliard de ani mai devreme.

Chiar dacă acest lucru este încă relativ târziu în istoria de patru miliarde și jumătate de ani a Pământului, implicația este că este posibil ca interiorul profund al Pământului să nu fi fost atât de fierbinte în trecutul îndepărtat, așa cum au susținut unii. Acest lucru înseamnă că miezul transferă căldura la suprafață mai încet decât se credea anterior și este mai puțin probabil să joace un rol important în modelarea suprafeței Pământului prin mișcări tectonice și vulcani.

Imediat după ce Pământul s-a format în urma coliziunilor într-un nor imens de material care a format și Soarele, acesta era topit. Acest lucru s-a datorat căldurii generate de procesul de formare și faptului că s-a ciocnit constant cu alte corpuri. Dar, după un timp, pe măsură ce bombardamentul a încetinit, stratul exterior s-a răcit pentru a forma o crustă solidă.

Nucleul intern al Pământului este, astăzi, o bilă de fier solid de mărimea lui Pluto, în centrul planetei noastre, înconjurată de un nucleu extern de fier topit aliat cu un element mai ușor, încă necunoscut. În ciuda faptului că Pământul este cel mai fierbinte în centrul său (aproximativ 6.000°C), fierul lichid îngheață și se transformă în solid din cauza presiunilor foarte mari de acolo. Pe măsură ce Pământul continuă să se răcească, miezul interior crește cu o rată de aproximativ 1 mm pe an prin acest proces de înghețare.

Cunoașterea momentului în care centrul Pământului s-a răcit suficient pentru a îngheța pentru prima dată fierul ne oferă un punct de referință fundamental pentru întreaga istorie termică a planetei.

Câmpul magnetic al Pământului este generat de mișcarea fierului topit conducător de electricitate din nucleul exterior. Această mișcare este generată de elementele ușoare eliberate la limita interioară a nucleului pe măsură ce acesta crește. Prin urmare, momentul în care fierul a fost înghețat pentru prima dată reprezintă, de asemenea, un moment în care nucleul exterior a primit o puternică sursă suplimentară de energie.

Semnătura acestei intensificări a câmpului magnetic – cea mai mare creștere pe termen lung din întreaga sa istorie – este cea pe care credem că am observat-o în înregistrările magnetice recuperate din rocile ígnoase formate în această perioadă. Particulele magnetice din aceste roci „blochează” proprietățile câmpului magnetic al Pământului în momentul și locul în care s-au răcit din magmă.

Semnalul poate fi apoi recuperat în laborator prin măsurarea modului în care se schimbă magnetizarea rocii pe măsură ce aceasta se încălzește progresiv într-un câmp magnetic controlat. Căutarea acestei semnături nu este o idee nouă, dar abia acum a devenit viabilă – o combinație a faptului că avem la dispoziție cantități tot mai mari de date de măsurare și noi abordări pentru a le analiza.

Pământul a menținut un câmp magnetic în cea mai mare parte a istoriei sale prin intermediul unui proces „dinamovist”. Acesta este similar, în principiu, cu un radio cu vânt sau cu un bec alimentat de o bicicletă, în sensul că energia mecanică este convertită în energie electromagnetică. Înainte ca nucleul interior să înceapă să se solidifice, se crede că acest „geodinamo” a fost alimentat de un alt proces complet diferit și ineficient de „convecție termică”.

După ce fierul a început să înghețe din lichidul de la baza nucleului, restul a devenit mai puțin dens, oferind o sursă suplimentară de flotabilitate și conducând la o „convecție compozițională” mult mai eficientă. Rezultatele noastre sugerează că această economie de eficiență a avut loc mai devreme în istoria Pământului decât se credea anterior, ceea ce înseamnă că câmpul magnetic ar fi fost susținut mai mult timp cu mai puțină energie în general. Având în vedere că energia este în cea mai mare parte termică, acest lucru implică faptul că nucleul ca întreg este probabil mai rece decât ar fi fost dacă partea interioară s-ar fi format mai târziu.

Căldura și tectonica plăcilor

Un nucleu mai rece implică un flux de căldură mai mic la granița nucleu-mantol. Acest lucru este important pentru toate științele Pământului, deoarece ar putea fi unul dintre factorii care determină mișcarea plăcilor tectonice și este, de asemenea, o sursă de vulcanism de pană la suprafața Pământului. Știm că aceste procese sunt rezultatul convecției mantalei, produsă, în ultimă instanță, de fluxul de căldură care iese din planetă la o rată pe care o putem măsura destul de precis. Ceea ce nu știm încă este cât din această căldură pierdută la suprafața Pământului provine din mantaua și cât din nucleu.

Se crede că încălzirea din nucleu produce pene care izvorăsc chiar de deasupra limitei nucleu-mantelă, ceea ce ar putea contribui la impulsionarea fluxului din interiorul mantalei. Sugestia rezultată din descoperirile noastre este că contribuția nucleului la fluxul de căldură de la suprafață este mai mică decât cea implicată de alte studii și că subducția în ocean, atunci când o placă tectonică trece sub o alta până în mantaua, este mult mai importantă în conducerea convenției mantalei decât căldura care se ridică din nucleu.

Dezbaterea privind vârsta nucleului intern și evoluția termică a Pământului care rezultă din aceasta nu este încă încheiată. Sunt necesare mai multe date paleomagnetice pentru a confirma faptul că creșterea bruscă a intensității câmpului magnetic pe care am observat-o este într-adevăr cea mai mare din istoria planetei. Mai mult, modelarea trebuie să verifice dacă un alt eveniment ar fi putut crea întărirea magnetică în acest moment.

Cu toate acestea, așa cum stau lucrurile, teoria și observația se combină pentru a indica faptul că Pământul avea două treimi din vârsta sa actuală înainte de a începe să crească un nucleu interior – ceea ce înseamnă că cercetătorii pământeni ar putea fi nevoiți să își revizuiască înțelegerea istoriei planetei.

.