Grens aardkern/aardmantel zou kernreactoren kunnen bevatten

Een artikel over processen in de aardkern heeft al voor publicatie tot heftige discussies geleid. De geochemicus Wim van Westrenen van de Vrije Universiteit te Amsterdam en de natuurkundige Rob de Meijer van de University of the Western Cape in Kaapstad claimen dat er op 3000 km diepte voldoende uranium geconcentreerd is om kettingreacties op gang te brengen. Dit is de overgang van de aardkern naar de aardmantel.

Nut aardwarmte

Er zit in het binnenste van de aarde een veel hogere concentratie aan zware metalen (inclusief uranium) dan in de aardkorst. Uranium is één van de elementen die door natuurlijk, radioactief verval warmte levert, wat uiteindelijk aan het aardoppervlak komt. Zonder deze warmte zou de aarde allang zijn afgekoeld. Ook zouden de aardplaten gestopt zijn met bewegen, platen die gebergten vormen na botsing. Het land zou dan door erosie volledig zijn afgevlakt, waardoor waarschijnlijk de hele aardoppervlak uit water zou bestaan.

Ook kernsplijting

Volgens de onderzoekers kan de binnenste aardwarmte alleen goed worden verklaard als er naast natuurlijk verval van radioactieve isotopen ook kernsplijting plaatsvindt. Dit proces levert namelijk neutronen op die weer splijting van andere isotopen veroorzaken. Hierdoor ontstaat veel gemakkelijker een kettingreactie, die veel meer warmte levert dan ‘gewoon’ natuurlijk verval.

Ontstaan van de kettingreactie

De Meijer en Van Westrenen vertellen dat er net onder de aardmantel hoge concentraties uranium aanwezig zijn. Deze maken het optreden van natuurlijke reactoren onvermijdelijk. Uit de verspreiding van een isotoop van het zeldzame aardmineraal neodymium concluderen ze dat er op grote diepte een reservoir is gevormd met zware elementen kort na het ontstaan van de aarde. Dit reservoir is niet met de rest van de mantel vermengd in de loop der tijd en kan alleen bestaan aan de onderzijde van de aardmantel. Ondanks twintig maal te weinig voorkomen van het mineraal perovskiet (5% van de ondermantel) voor het opstarten van de kernreactie, zou een samenspel van geologische processen toch voor een voldoende concentratie hebben gezorgd.

Volgens de wetenschappers is de hele overgangzone tussen aardmantel en aardkern een verzameling van kernreactoren. Deze reactoren zouden zo’n 1000 maal groter zijn dan een gemiddelde kerncentrale en 2000-2500 maal groter dan de kerncentrale in Borssele. De diepe kernreactoren zijn een soort kweekreactor, waarin uit onsplijtbaar uranium plutonium wordt geproduceerd. Dit wordt wel gespleten.

Wetenschappelijke discussie

Het idee van De Meijer en Van Westrenen heeft onmiddellijk tal van reacties uitgelokt. Eén van de belangrijkste daarvan is dat het idee al veel eerder in artikelen is geopperd. Hiernaar verwezen De Meijer en Van Westrenen niet en ook niet naar de reacties op deze artikelen, waarin het idee als zeer onwaarschijnlijk wordt afgedaan.

Ten tweede vereist de theorie hogere concentraties uranium dan in de normale aardmantel voorkomt. Echter, in het Precambrium (voor 542 miljoen jaar geleden) waren zelfs in de ondiepe aardkorst ‘natuurlijke reactoren’ aanwezig waren, omdat er voldoende hoger concentraties uranium waren ontstaan. Bewijzen zijn hiervoor gevonden in het Afrikaanse Gabon.

Een derde punt van discussie betreft neutrino’s, die bij het kernsplijtingsproces gevormd worden. Deze dringen ongehinderd door de aardmantel en aardkorst heen en zouden gemeten kunnen worden volgens de onderzoekers. Dit zou hun theorie bewijzen. Echter, in Japan zijn eerder al neutrino’s gemeten die uit de aardmantel afkomstig moeten zijn. Of die uit een reservoir van zware metalen kwamen, was niet vast te stellen.

Referenties:

Meijer, R.J. de & Westrenen, W. van, 2008. South African Journal of Science (in druk) Ball, P., 2008. Are there nuclear reactors at Earth’s core? Nature News 15 mei 2008.