De binnenkern van de aarde is lang niet zo sterk als tot nu toe verondersteld werd. Nieuwe metingen en berekeningen komen uit op een sterkte die ongeveer een factor twee lager ligt dan eerdere reconstructies.
Dat schrijven Arianna Gleason en Wendy Mao van de Stanford Universiteit in Californië in het vakblad Nature Geoscience. Het betekent dat de massieve ijzeren bol die de binnenkern van de aarde vormt minder solide is dan gedacht en in de loop der tijd – zij het ontzettend langzaam – enigszins van vorm kan veranderen. Een maand eerder concludeerde een Franse onderzoeksgroep in Science dat de temperatuur op de grens tussen de vaste binnenkern en de vloeibare buitenkern 6000 graden bedraagt, zo’n 1000 graden meer dan eerdere experimenten suggereerden.
Geodynamo
“Zowel de temperatuur als de sterkte van de aardkern spelen een rol bij zijn functie als geodynamo”, zegt Gleason. De draaiing van de aarde en de beweging van de ijzerrijke vloeibare buitenkern om de vaste binnenkern heen zijn de oorzaak van het aardmagnetisch veld, dat ons onder andere tegen schadelijke zonnedeeltjes beschermt. De stroming in de buitenkern kan pas snel genoeg worden om een magnetisch veld op te wekken als het temperatuurverschil tussen de grens met de mantel en de grens met de binnenkern hoger is dan 1500 graden, zo is wel eens berekend. Het verschil werd echter altijd lager ingeschat. Met de nieuw gevonden temperatuur van 6000 graden blijkt eindelijk aan deze voorwaarde voldaan.
Hoe de nieuwe bevindingen over de zwakkere binnenkern de ideeën over de ontwikkeling van de aardkern en het magnetisch veld zullen veranderen kan Gleason nog niet zeggen. “Dat moet gaan blijken uit modellen, waarin sommige randvoorwaarden nu anders moeten worden ingesteld.”
De aardkern
Op een diepte van 5100 kilometer onder het aardoppervlak bevindt zich de binnenkern van de aarde. Het is een bol met een straal van ruim 2000 kilometer, die uit vast materiaal bestaat, voornamelijk ijzer. Daaromheen zit de buitenkern, die uit een 2200 kilometer dikke laag min of meer vloeibaar materiaal bestaat – wederom voornamelijk ijzer. Naar de exacte eigenschappen van deze ijzeren bol is het verder gissen, want directe metingen zijn vanwege de grote diepte waarop deze zich bevindt niet mogelijk. De diepste boring die ooit in de aarde gezet is ging 12 kilometer de grond in. Als de aarde een appel zou zijn zou je daarmee net door de schil heen zijn. De dikte van de binnen- en buitenkern zijn bekend uit seismologische gegevens – metingen aan de snelheid waarmee aardbevingsgolven door de aarde reizen. Die snelheid varieert, afhankelijk van het soort materiaal waar de golf doorheen gaat. Seismologen gebruiken dit om tomografische beelden te construeren, vergelijkbaar met de CT-scan die een arts van je hersenen maakt.
De gelaagdheid van de aarde van nu. Van binnen naar buiten: binnenkern, buitenkern, mantel, korst.
SoylentGreen via wikimedia commons, CC BY-SA 3.0Diamantpers
Zowel de Amerikaanse als de Franse onderzoekers gebruikten een diamant-pers om het ijzer onder extreem hoge druk te brengen. Een minuscuul stukje ijzer werd hierin tussen twee diamanten samengeperst, tot een druk van ruim 200 gigaPascal was bereikt – dat is ruim twee miljoen keer de luchtdruk aan het aardoppervlak.
De Amerikaanse onderzoekers bepaalden de vervorming van het ijzer uit metingen met röntgenstraling, en concludeerden daaruit de sterkte van het ijzer onder deze hoge druk. De Fransen verhoogden bovendien de temperatuur met een laserstraal, en gebruikten röntgenstraling om intussen te bepalen bij welke temperatuur het ijzer vloeibaar werd.
Hoewel deze techniek de druk extreem hoog op kan voeren, lukte het niet om de druk van de aardkern (300 tot 350 gigapascal) te bereiken. Uiteindelijk moesten de meetresultaten aan het mini-ijzerkorreltje dus theoretisch worden doorgetrokken naar de nog extremere omstandigheden, en voor de gehele ijzerrijke aardkern, hetgeen toch weer onzekerheden met zich mee brengt. Om helemaal zeker te zijn van de omstandigheden in de aardkern zouden we dus beter ter plekke kunnen gaan meten, maar vooralsnog is het nog makkelijker om Mars te bereiken dan het binnenste van onze eigen planeet.
Lees ook op Wetenschap24:
- Heetgebakerde aardkern (Hermen Visser, 25 april 2013)