Terra este ca un tort format din multiple straturi suprapuse - o crustă solidă, o manta fierbinte și vâscoasă, și nucleul, format dintr-o parte exterioară lichidă și una interioară solidă. Acest nucleu interior solid crește încet, pe măsură ce fierul topit din partea exterioară a nucleului se răcește și se cristalizează. Procesul contribuie la alimentarea mișcării de rotație a nucleului exterior lichid, care la rândul său produce câmpul magnetic ce înconjoară Pământul și protejează întreaga biosferă de efectele nocive ale unei cantități mari de radiații solare și cosmice.

Cu alte cuvinte, nucleul intern, solid, al Terrei este un element extrem de important al întregului ansamblu, însă nu se știu foarte multe lucruri despre istoria acestei "bile" din fier cu diametrul de 2.442 de kilometri. Estimările cu privire la vârsta sa au variat de la 500 de milioane de ani până la peste 4 miliarde de ani, adică aproape la fel de vechi ca însuși Pământul.

De această dată, cercetătorii au presat o bucată minusculă de fier între două diamante și au proiectat raze laser asupra sa pentru a ajunge la o nouă estimare conform căreia vârsta nucleului interior terestru este cuprinsă între 1 miliard și 1,3 miliarde de ani - perioadă ce coincide cu o creștere puternică a intensității câmpului magnetic terestru. 

"Pământul este unic în Sistemul Solar prin faptul că are un câmp magnetic și că este o planetă vie", susține coordonatorul acestui studiu, Jung-Fu Lin, geolog la Universitatea Texas din Austin. "Rezultatele noastre pot fi folosite pentru a determina de ce alte planete din Sistemul Solar nu au câmpuri magnetice".

Câmpul magnetic terestru este alimentat de un "geodinam" - dinamica nucleului exterior bogat în fier transformă întreaga planetă într-un uriaș electromagnet. Geodinamul este responsabil de existența polilor magnetici și de scutul magnetic care ne protejează de radiațiile cosmice și de cele solare. În absența sa, aceste particule ar distruge încet, dar sigur atmosfera terestră.

Parțial, mișcarea nucleului interior este alimentată de căldură - sau energie termică. Pe măsură ce nucleul terestru se răcește gradual, se cristalizează dinspre interior spre exterior. Acest proces de cristalizare eliberează energie care la rândul ei alimentează mai departe mișcarea nucleului exterior în lichid (topit). Această energie eliberată de procesul de cristalizare (solidificare) este sursa de energie compozițională a geodinamului, conform lui Lin.

În cadrul experimentului pe care l-a coordonat, Lin a dorit să folosească dovezi empirice pentru a calcula energia provenită de la fiecare dintre aceste surse. Cunoașterea volumului de energie permite estimarea vârstei nucleului intern.

Pentru a reuși acest lucru, cercetătorii au recreat condițiile din nucleu la o scară redusă. Ei au încălzit o bucată minusculă de fier cu grosimea de 6 microni (de dimensiunea unei celule roșii din sânge) până la temperatura de 2.727 de grade Celsius și au simulat presiunea enormă din centrul Pământului, presând bucata de fier între două diamante. Apoi au măsurat conductivitatea bucății de fier în aceste condiții.

Măsurarea conductivității le-a permis cercetătorilor să calculeze ritmul de răcire al nucleului ce contribuie la menținerea activă a geodinamului. Ei au descoperit că geodinamul a atras aproximativ 10 terrawați de energie de la nucleul răcit - puțin peste o cincime din nivelul de energie termică pe care Pământul o pierde în spațiu de la suprafață (46 de terrawați).

Odată ce au calculat cantitatea de energie pierdută, cercetătorii au putut calcula vârsta nucleului interior al planetei. Cunoașterea ratei de pierdere a căldurii le-a permis cercetătorilor să calculeze de cât timp a fost nevoie pentru a ajunge la o masă solidă de dimensiunea nucleului intern solid, dintr-un "ocean" interior de fier topit.

Rezultatul obținut, de 1 miliard - 1,3 miliarde de ani, arată că nucleul Pământului este relativ tânăr. Există și estimări mai reduse, așa cum a fost cea publicată în 2016 de revista Nature, care susținea că vârsta nucleului interior ar fi de 700 de milioane de ani. Această estimare din 2016 a fost realizată printr-o metodă similară cu cea folosită de Jung-Fu Lin, însă pentru a obține noua estimare s-au folosit instrumente mai performante pentru a atinge nivelul de temperatură și presiune generate în nucleu.

În plus, analiza unor roci magnetice străvechi a dezvăluit faptul că a existat o intensificare a câmpului magnetic terestru într-o perioadă cuprinsă între acum 1 miliard și 1,5 miliarde de ani, conform unui studiu publicat în 2015 tot de Nature. Noile rezultate se aliniază perfect cu aceste dovezi, pentru că această cristalizare a nucleului interior a oferit un "boost" câmpului magnetic, mai explică Lin.

Există încă întrebări cu privire la modul în care se deplasează căldura în jurul nucleului terestru. Spre deosebire de bucata de fier folosită în experiment, nucleul Pământului nu este format doar din acest metal - el conține și alte elemente mai ușoare, cum sunt carbonul, hidrogenul, oxigenul, siliciul și sulful. Însă proporția acestor elemente mai ușoare nu este cunoscută și din acest motiv este dificil de speculat cum modifică ele conductivitatea nucleului intern. Acesta este noul subiect de cercetare ales de Lin și de echipa sa.

"Încercăm să înțelegem modul în care aceste elemente ușoare modifică proprietățile de conductivitate termică ale fierului în condițiile de presiune și de temperatură din centrul Pământului", a mai susținut Lin.